1、論集成電路發(fā)展的挑戰(zhàn)與機遇摘 要：集成電路的發(fā)展史就是微電子技術生成史，從晶體管到微處理器和光刻技術等,集成電路技術以尺寸縮小、集成度提高為發(fā)展路徑,必然受到材料、工藝和物理理論等挑戰(zhàn)。但集成電路正面臨產業(yè)調整與市場的雙重機遇。關鍵詞：集成電路；挑戰(zhàn)；機遇目前，以數字化和網絡化為特征的信息技術正滲透和改造著各產業(yè)和行業(yè),深刻改變著人類生產生活方式以及經濟、社會、政治、文化各領域。信息技術根源于集成電路技術的巨大發(fā)展，把人類社會在21世紀定格為信息社會。一、集成電路與摩爾預測集成電路就是將晶體管等有源元件和電阻、電容等無源元件,按電路”集成”,完成特定電路或功能的系統，集成電路體積不斷減小,制造

2、工藝技術日益精細，可一次加工完成。集成電路的學科基礎是微電子學，微電子學脫胎于電子學和固體物理學的交叉技術學科,主要研究在半導體材料上構成微型電子電路、子系統及系統。以微電子學發(fā)展起來集成電路技術，包括半導體材料及器件物理,集成電路及系統設計原理和技術,芯片加工工藝、功能和特性測試技術等。當下，集成電路技術已成信息社會發(fā)展基石,集成電路將信息獲取、傳遞、處理、存儲、交換等功能集成于芯片,芯片可低成本大批量生產,且功耗低體積小,迅速成為各產業(yè)、國防的技術基礎。摩爾于1964年總結集成電路發(fā)展歷程,對未來集成電路發(fā)展趨勢做出預測。即：集成電路單個芯片上集成元件數,一般稱為集成電路的集成度,每18個

3、月增加一倍,即集成度每三年翻兩番,尺寸縮小2倍,集成電路芯片需求量也以相同速度增加,集成電路性能提高，價格下降。幾十年來,集成電路技術居然一直按摩爾定律指數增長規(guī)律發(fā)展壯大。二、集成電路高速發(fā)展集成電路技術伴隨物理、材料和技術成果而實現各階段的飛速發(fā)展。晶體管之前,電子管和電阻、電容等元件靠焊裝構成電路系統。第一臺計算機連線和焊接點很多,電路系統體積大,可靠性差。電子裝備可靠性和小型化使”集成”成為需求。人們開始將電阻、電容等無源元件和有源元件制做在同一塊半導體材料上。1958年9月實現第一個集成電路震蕩器演示實驗,標志著集成電路誕生，當時該實驗在鍺晶體管基礎上完成。第一塊集成電路發(fā)明是一個技

4、術創(chuàng)新,對物理學發(fā)展產生很大影響。平面技術發(fā)明是推動集成電路產業(yè)化的關鍵。包括氧化、擴散、薄膜生長和光刻刻蝕等在內的平面技術，論重要性首推二氧化硅絕緣層的發(fā)現。早期晶體管基區(qū)寬度不好控制,不易做薄,頻率提高受限制。1956年,科學家發(fā)現二氧化硅不僅具掩蔽作用,還是高頻損耗小、擊穿電場強度高的良好絕緣體。直到今天,二氧化硅仍是集成電路主要絕緣層材料。金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(mos.fet)器件是目前超大規(guī)模集成電路基本電路形式。平面工藝的光刻技術是另一關鍵，光刻是一種精密表面加工技術。1957年首次引入到半導體工藝技術，將光刻技術和二氧化硅氧化掩蔽巧妙結合起來,實現精細晶體管和集成電路

5、圖形結構1。這種結構使各元件連接不必再用焊接,而用真空蒸發(fā)金屬代替,用光刻技術刻出電路完成元件互連。微處理器也是集成電路設計也具里程碑意義。第一臺微處理機由intel公司在1971年制造,開辟計算機應用和普及新紀元。微處理器之前,計算機只能被少數大型單位擁有,主要用在軍事、航空、航天、天氣預報、科學計算等方面2。微處理器發(fā)明帶動超大規(guī)模集成電路技術發(fā)展,帶動智能化電子產品發(fā)展,成為信息技術基礎元件。集成電路工藝材料不斷發(fā)現并發(fā)展，如鐵電存儲器是繼dram和rom之后新一代的半導體存儲器。光刻技術發(fā)展對尺寸按比例縮小起到關鍵作用，如euv光刻、電子束投影光刻、x射線光刻、離子束光刻、納米印制光刻

6、等技術突飛猛進。銅互連技術的突破也是關鍵。三、集成電路面臨的技術挑戰(zhàn)伴隨著集成電路技術發(fā)展從一維模式向多維模式轉變,對物理學基礎理論提出了挑戰(zhàn),也對物理學研究提出了新的更高要求。進入到納米尺度,集成電路技術面臨著系列物理限制的挑戰(zhàn),有來自于基本物理規(guī)律的物理極限,也有材料、技術、器件、系統和傳統理論方面物理挑戰(zhàn)。一是基本物理規(guī)律挑戰(zhàn)。計算機處理信息是一個進行布爾邏輯運算的過程,涉及到布爾邏輯間的轉換。計算機或集成電路處理信息過程是一個物理過程,需滿足物理規(guī)律限制3。包括電磁學、量子力學測不準、熱力學限制。這些是不可逾越的集成電路技術的物理極限。二是材料方面的挑戰(zhàn)。傳統微電子材料硅襯底、二氧化硅

7、、多晶硅和金屬導電材料等無法滿足集成電路技術發(fā)展需要，需要尋找新材料。三是技術方面的挑戰(zhàn)。傳統的集成電路的光學光刻工藝、離子注入工藝等快接近物理極限,器件無法進一步縮小，需尋找新工藝方法和途徑，包括新一代的替代光刻工藝等。四是器件方面的挑戰(zhàn)。按摩爾定律預測,mos器件開關僅需少數幾個電子參與,mos器件經典理論將不適用，須采用新器件結構和新器件工作原理。五是系統方面的挑戰(zhàn)。包括互連延遲、系統散熱問題等挑戰(zhàn)。在集成電路實現光互連,尚有許多基礎物理和技術問題需解決4。六是傳統物理理論的挑戰(zhàn)。傳統微電子學理論的挑戰(zhàn)。微電子學大部分理論基礎是基于經典物理理論，需利用量子力學理論等。上述來自理論與技術層

8、面對集成電路的挑戰(zhàn)，需要在多方面下功夫，首先應積極適應集成電路技術的多維發(fā)展模式。其次是通過克服在材料、技術、物理基礎方面遇到的挑戰(zhàn),按特征尺寸按比例縮小途徑發(fā)展。其三是發(fā)展納米結構的自組裝技術等。其四是將納米低維材料與集成電路技術結合,開發(fā)新型納米電路。其五是研究量子器件,發(fā)展量子邏輯運算等。其六是將集成電路技術形成新學科和技術領域，提高處理信息和應用信息能力,提高社會信息化程度。四、集成電路面臨的機遇2010年，全球印制電路產業(yè)走出金融危機影響，進入新一輪增長期，中國是增長最快國家之一。作為電子信息產業(yè)基礎和支撐產業(yè)的與集成電路密切相關的pcb產業(yè)，我國表現出穩(wěn)固發(fā)展態(tài)勢，在全球所占分量快

9、速攀升，產量、產值、利稅總額均大幅度增長。中國已成為全球最大的pcb生產國。隨著市場對集成電路與相關軟件的巨大需求，使得國家把此技術提升為國家戰(zhàn)略層面優(yōu)先發(fā)展成為可能，這也是集成電路技術面對的巨大機遇。我國集成電路產業(yè)快速發(fā)展，產業(yè)規(guī)模迅速擴張，技術水平不斷提升，推動國家信息化建設。但與國際先進水平比，我國集成電路產業(yè)發(fā)展基礎較薄弱，科技創(chuàng)新和發(fā)展能力不強，應用開發(fā)水平待提高，產業(yè)鏈待完善等。國家在不久前頒布專門文件，全方位為集成電路產業(yè)提供政策。在財稅政策方面，集成電路設計企業(yè)從事信息系統集成、咨詢和運營維護，集成電路設計等業(yè)務，免征營業(yè)稅；對集成電路線寬小于0.25微米或投資額超過80億元的集成電路生產企業(yè)，實行所得稅”五免五減半”優(yōu)惠政策；新辦集成電路設計企業(yè)，享受企業(yè)所得稅”兩免三減半”優(yōu)惠政策。在投融資政策方面，地方政府設立集成電路企業(yè)發(fā)展的股權投資基金或創(chuàng)業(yè)投資基金，引導社會資金投資集成電路產業(yè)；建立貸款風險補償機制，積極推動集成電路企業(yè)利用知識產權等無形資產進行質押貸款。在研究開發(fā)政策方面，國家積極支持集成電路重大關鍵技術研發(fā)，加快具有自主知識產權技術的產業(yè)化和推廣應用；重點支持高端芯片、集成電路裝備和工藝技術、集成電路關鍵材料、關鍵應用系統的研發(fā)。5參考文獻:1陳仲武,厚膜集成電路絲網印刷工藝技術j.電子工業(yè)專用設備, 2002(1):51-53.2吳映紅.gaa