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全球半导体技术发展新路线图发布进入“等效按比例缩小”(Equivalent Scaling)时代的基础是应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管、化合物半导体等技术，这些技术的发展支持了过去10年半导体产业的发展，并将持续支持未来半导体产业的发展。 本文关键字： 半导体 2014年4月，美国半导体协会发布了题为《International technology roadmap for semiconductors》的研究报告，分析了半导体产业的生态环境，提出了全球半导体技术发展的路线，以及面临的短期挑战和长期挑战。报告指出，进入“等效按比例缩小”(Equivalent Scaling)时代的基础是应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管、化合物半导体等技术，这些技术的发展支持了过去10年半导体产业的发展，并将持续支持未来半导体产业的发展。 全球半导体技术发展路线 综观未来7~15年设备和系统的发展，基于全新原理的设备将支持全新的架构。 20世纪60年代后期，硅栅自对准工艺的发明奠定了半导体规格的根基。摩尔1965年提出的晶体管每两年更新换代一次的“摩尔定律”，以及丹纳德1975年提出的“丹纳德定律”，促进了半导体产业的成长，并一直延续到21世纪初，这是“传统几何尺寸按比例缩小”的时代。 进入“等效按比例缩小”时代的基础是应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管、化合物半导体等技术，这些技术的发展支持了过去十年半导体产业的发展，并将持续支持未来半导体产业的发展。 器件 信息处理技术正在推动半导体产业进入更宽广的应用领域，器件的成本和性能将继续与互补金属氧化物半导体(CMOS)的维度和功能扩展密切相关。 应变硅、高介电金属闸极、多栅晶体管现已广泛应用于集成电路的制造，进一步提升器件性能的重点将在Ⅲ-Ⅴ族元素材料和锗。与硅器件相比，这些材料将使器件具有更高的迁移率。为了利用完善的硅平台的优势，预计新的高迁移率材料将在硅基质上外延附生。 3D设备架构和低功率器件的结合将开启“3D能耗规模化(Power Scaling)”时代，单位面积上晶体管数量的增加将最终通过多层堆叠晶体管来实现。 遗憾的是，互连方面没有新的突破，因为尚无可行的材料具有比铜更低的电阻率。然而，预处理碳纳米管、石墨烯组合物等无边包裹材料(edgeless wrapped materials)方面的进展为“弹道导体”(ballistic conductor)的发展提供了基础保障，这可能将在未来10年内出现。 多芯片的三维封装对于减少互联电阻提供了可能的途径，主要是通过增加导线截面(垂直)面积和减少每个互连路径的长度。 然而，CMOS或目前正在研究的等效装置(equivalent device)的横向维度扩展最终将达到极限。未来半导体产品的新机会在于：一是通过新技术的异构集成，扩展CMOS平台的功能；二是开发支持新一代信息处理范式的设备。 系统集成 系统集成已从以数据运算、个人电脑为中心的模式转变为高度多样化的移动通信模式。集成电路设计正从以性能驱动为目标向以低耗驱动为目标转变，这使得多种技术在有限空间内(如GPS、电话、平板电脑、手机等)可以异构集成，从而彻底改变了半导体产业。简言之，过去，性能是独一无二的目标；而今，功耗最小化的目标引领着集成电路设计。 系统级芯片和系统级封装的产品已成为半导体产业的主要驱动力。过去的几年，智能手机和平板电脑的产量已经超过微处理器的产量。异构集成的基础依赖于“延伸摩尔”(More Moore)设备与“超越摩尔”(More than Moore)元素的集成。 例如，智能手机上的MEMS加速度计可检测手机的垂直方向，并旋转图像显示在屏幕上。通过MEMS引入的附加功能改善了用户界面，但手机没有它仍然可以运行。 相比之下，如果没有MEMS设备，基于数字光投影技术(DLP)的录像机和喷墨打印机将无法正常工作。多模传感技术也已成为移动设备的组成部分，成为物联网的关键推动力量。 数字型数据(digital data)和连接技术的迅速进步为医疗服务带来变革。硅、微机电系统和光学传感技术正在使这一革命成为可能。 智能手机已经可以提供大量的健康信息。加速度计可以跟踪运动和睡眠，当用户触摸手机时，内置光传感器可以感知心脏速率。手机内的摄像头可以被用于不同的目的，比如检查食品的卡路里含量，或基于人脸表情识别自己的情绪。广泛的手机应用已经发展到能够分析这些数据，并用易于理解的方式反馈给消费者。 综观未来7~15年设备和系统的发展，基于全新原理的设备将支持全新的架构。 例如，自旋波设备(SWD)是一种磁逻辑器件，利用集体旋转振荡(自旋波)进行信息传输和处理。自旋波设备将输入的电压信号转换成自旋波，计算自旋波，将自旋波输出转换成电压信号。 在一个单核心结构中，要提高多重频率的大规模并行数据处理能力，可通过为每个频率开辟不同的信息通道来实现。 此外，一些新设备也在推动新架构的创造。例如，存储级存储器(SCM)是一种集合了固态存储器的高性能、鲁棒性、归档功能和常规硬盘磁存储的低成本等优点的设备。这样的设备需要一种非易失性存储器(NVM)技术，能以非常低的成本制造每比特储存空间。 责编：李玉琴  微信扫一扫实时了解行业动态 著作权声明：畅享网文章著作权分属畅享网、网友和合作伙伴，部分非原创文章作者信息可能有所缺失，如需补充或修改请与我们联系，工作人员会在1个工作日内配合处理。 |
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