中國(guó)科學(xué)院院士毛軍發(fā): 異質(zhì)集成將成后摩爾時(shí)代集成電路產(chǎn)業(yè)新方向
中國(guó)科學(xué)院院士毛軍發(fā): 異質(zhì)集成將成后摩爾時(shí)代集成電路產(chǎn)業(yè)新方向
作者：許子皓來(lái)源：中國(guó)電子報(bào)、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
6月9日，世界半導(dǎo)體大會(huì)（WSCE2021）開(kāi)幕論壇在南京舉行。論壇上，中國(guó)科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)黨委常委、副校長(zhǎng)毛軍發(fā)發(fā)表了題為“半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路”的主題演講。毛軍發(fā)談到，摩爾定律正面臨極限挑戰(zhàn)，這既是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也是一個(gè)機(jī)遇。
毛軍發(fā)在演講中指出，芯片產(chǎn)業(yè)目前有兩條主要發(fā)展路線：一是延續(xù)摩爾定律；二是繞道摩爾定律。如延續(xù)摩爾定律，將面臨一系列挑戰(zhàn)，分別是物理極限挑戰(zhàn)、技術(shù)手段挑戰(zhàn)、經(jīng)濟(jì)成本挑戰(zhàn)。而繞道摩爾定律有很多途徑，其中之一就是異質(zhì)集成電路。
毛軍發(fā)表示，一些復(fù)雜的電子系統(tǒng)用任何單一的半導(dǎo)體工藝都難以實(shí)現(xiàn)，而半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路則可將不同工藝節(jié)點(diǎn)的化合物半導(dǎo)體器件或芯片、硅基低成本高集成器件芯片，與無(wú)源元件（含MEMS）或天線，通過(guò)異質(zhì)鍵合成或外延生長(zhǎng)等方式集成，從而解決這一問(wèn)題。
毛軍發(fā)在演講中指出，異質(zhì)集成特色很突出：一是可以融合不同半導(dǎo)體材料、工藝、結(jié)構(gòu)元器件或芯片的優(yōu)點(diǎn)；二是采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念；三是應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，如芯粒（Chiplet）；四是具有2.5維或3維高密度結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是：一是可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的復(fù)雜功能、優(yōu)異的綜合性能，突破單一半導(dǎo)體工藝的性能極限；二是靈活性大、可靠性高、研發(fā)周期短、成本低；三是采用3維集成，因此能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、輕質(zhì)化；四是對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備要求相對(duì)較低，不受EUV光刻機(jī)限制。因此，它成為超越摩爾定律的重要路線之一。
半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路中的特殊集成電路為毫米波異質(zhì)集成電路，它是國(guó)際上半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路發(fā)展的重點(diǎn)方向，原因是它能滿足很多需求，從5G、6G，到航天、導(dǎo)航等都需要毫米波技術(shù)。然而，毫米波異質(zhì)集成電路的發(fā)展將面臨很多挑戰(zhàn)。首先是如何解決半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路多物理耦合與演變規(guī)律難題；其次是如何解決電特性、應(yīng)力特性、熱特性之間的相互矛盾；再次是由于不同的材料晶格、膨脹系數(shù)存在的差異，如何建立異質(zhì)界面動(dòng)力學(xué)；最后是如何掌握可測(cè)性原理。為此，毛軍發(fā)提出打破集成電路傳統(tǒng)“路”的思路，向場(chǎng)的演變、結(jié)合，進(jìn)行多學(xué)科交叉研究。
毛軍發(fā)表示，摩爾定律正面臨極限挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)臨近，半導(dǎo)體異質(zhì)集成將成為電子系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展的新途徑、后摩爾時(shí)代集成電路發(fā)展的新方向、我國(guó)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新機(jī)遇。
