Thanks!
浅谈微电子的发展状况及未来
中科院半导体所：刘忠立
1. 微电子产业带动整机系统加速发展，市场越来越
大
由于微电子学的不断进步，促使整机系统产品加速发展。
举例说明：从产品成 功到生产100万套的进程,
从 黑白电视经过18年，
上 世
闭路电视经过14年，
纪 60
彩电经过10年，
年 代
PC机经过6年，
－ 上
必须大于热起伏的平均能量KT，否则将产生误差。
对于CMOS写一位需要的能量~10－13J（106eV）,应当 降低它，室温下写一位需要的能量最佳值~4×10－19J（ 2eV）,但仍比热起伏的平均能量KT（0.026eV）大100
倍受
不定原则限制，即
,为了防止误差，电路不
能工作在太接近最小的不定性乘积。
量子限制大约可由
给出。E为写一位数
据需要的能量，f为时钟频率。当CMOS按比例连续下降
到100nm以下时，E下降f上升,这个限制会起作用。
功耗限制:由功耗密度
决定。
n为器件密度，Pa为开关功率，典型值Pa＝0.1，最大可 耐受功耗为100W/cm2。
2)技术限制
目前已有多家公司实现的（包括intel, infilien公 司，所用的光刻是波长为193nm以下的光刻技术， 对于90nmCMOS，一个六管CMOS SRAM存储单 元 ， 占 面 积 为 1m2 。 近 期 已 实 现 的 生 产 技 术 是 22nm CMOS, intel公司已研制出22nm CMOS的， 其 6 管 存 储 单 元 面 积 仅 为 0.57m2 。 向 0.065m 以
TD-SCDMA基带芯片0.13m，达700万门以上。
4. 微电子的发展趋势
1）进一步减小器件尺寸，扩大规模（增 加电路复杂性），提高工作频率，降低 功耗（低功耗电路）。
Intel 正计划发展45nm的CMOS电路。 2）由单一功能向SOC（A/D混合，RF＋
处理）发展。
3）Smart power智能功率芯片。
手机经过4年，
世 纪
DVD经过2年。
末 周期愈来愈短,这是微电子产业加速发展的结果。
目前，市场对微电子产品的需求越来越广泛，需求量愈 来愈大。手机、电话、电视广播、智能卡、家庭网络、 汽车电子、办公自动化等等。 微电子的发展潜力不可估 量。
2.微电子中硅IC发展的Moore's Law 仍起作用
4) 新器件及电路 a) RTD＋HEMT（HBT）的集成
利用RTD的本征双稳态性质加HEMT（HFET），构成的电 路具有如下优点：
电路结构简单（完成同样功能，器件数少）;速度快； 功耗低（功耗延时特性好）
b）SiGe/SOI（SiGe/SOS） RF＋BiCMOS→SOC具有比体Si更好的特性。
c）宽禁带半导体 例如 SiC，高温高频抗辐射。 其他的材料GaN，InP等。
5. 微电子辐射加固的重点工作
1）深亚微米ULSI的辐射加固 尺寸减小，导致Scale down，器件结构及工艺发生了 大的变化，必须从新的观点研究辐射加固方法。
例如栅SiO2减薄，高K介质的引入，会引入新的辐射效 应,量子效应、热载流子等同辐射的相互作用也不可忽 视。
RF及光功能的系统集成是减少系统价格 的必由之路。混合功能（数/模）系统集成 也是重要的发展方向。
4) 手机（移动通信）及WLAN等无线应用 要求频率越来越高，同时要求价格必须具 有竞争力。
例如手机，从第一代800MHz到第二代1.8GHz， 到第三代2.4GHz→3GHz.，过去主要用GaAs， 目前SiGe发展势态很好，下一步是SiGe同SOI 结 合 ， 加 数 模 混 合 ， RF 加 处 理 电 路 形 成 SOC （收发多功能）。
下发展，要采用更为先进的光刻技术，同时器件
结构也要发生变化。目前已实现的最先进的 MOSFET是双栅MOS管，其栅长小于0.03m。寻 求新的器件结构，是突破CMOS技术极限的一条 重要出路，新器件结构多半同SOI技术结合起来， 充分利用SOI技术的优点。
3) 经济限制
CPU及ASIC的生产到100nm（0.1m）以 下，Moore's Law还有潜力。但是DRAM的 经济性在100nm左右会成问题，因为SOC的 发展迫使DRAM必须降价，而其成本的降 低却跟不上价格的降低。
每18个月集成规模翻一番，三年则为4倍。 以DRAM为代表，上世纪97年256M位，2012年达2G位。 集成规模扩大是以器件线宽减小作为基础的，与此同
时，速度也得以提高。 举例：上世纪90年代初，intel 486CPU,主频为25MHz
目前， Inteli7 3770KCPU,主频达3.9GHz IC主流产品目前特征尺寸为90-65nm，并向45-32nm过
渡，22nm已有试生产产品。 晶圆尺寸：目前8″虽占多数，但12″的工厂不断增加。 IC中CMOS仍为主流，但传统的CMOS面临挑战。
3．CMOS 继续发展面临的挑战及对策
CMOS继续发展面临几个限制： 1）理论限制
包括热限制；量子限制；及功耗限制。 这三个限制决定了CMOS用于系统的特性。
热限制:由写一位（数据）需要的平均能量决定，它
2）SOI技术的引入使其成为辐射加固研究的热点。 研究内容包括背界面的影响，SOI材料改性，部分
耗尽中体对辐射加固特性的影响，全耗尽同部分耗尽 加固特性的差别等。
3）SiGe及SiGe/SOI BiCMOS电路的辐射加固特性研究。 包括数字，RF及数/模混合电路的辐射加固特性研究。
4）宽禁带半导体器件及电路辐射加固特性的研究。 包括SiC, GaN及InP器件电路等。