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1、 论集成电路发展的挑战与机遇摘 要：集成电路的发展史就是微电子技术生成史，从晶体管到微处理器和光刻技术等,集成电路技术以尺寸缩小、集成度提高为发展路径,必然受到材料、工艺和物理理论等挑战。但集成电路正面临产业调整与市场的双重机遇。关键词：集成电路；挑战；机遇目前，以数字化和网络化为特征的信息技术正渗透和改造着各产业和行业,深刻改变着人类生产生活方式以及经济、社会、政治、文化各领域。信息技术根源于集成电路技术的巨大发展，把人类社会在21世纪定格为信息社会。一、集成电路与摩尔预测集成电路就是将晶体管等有源元件和电阻、电容等无源元件,按电路”集成”,完成特定电路或功能的系统，集成电路体积不断减小,制
2、造工艺技术日益精细，可一次加工完成。集成电路的学科基础是微电子学，微电子学脱胎于电子学和固体物理学的交叉技术学科,主要研究在半导体材料上构成微型电子电路、子系统及系统。以微电子学发展起来集成电路技术，包括半导体材料及器件物理,集成电路及系统设计原理和技术,芯片加工工艺、功能和特性测试技术等。当下，集成电路技术已成信息社会发展基石,集成电路将信息获取、传递、处理、存储、交换等功能集成于芯片,芯片可低成本大批量生产,且功耗低体积小,迅速成为各产业、国防的技术基础。摩尔于1964年总结集成电路发展历程,对未来集成电路发展趋势做出预测。即：集成电路单个芯片上集成元件数,一般称为集成电路的集成度,每18
3、个月增加一倍,即集成度每三年翻两番,尺寸缩小2倍,集成电路芯片需求量也以相同速度增加,集成电路性能提高，价格下降。几十年来,集成电路技术居然一直按摩尔定律指数增长规律发展壮大。二、集成电路高速发展集成电路技术伴随物理、材料和技术成果而实现各阶段的飞速发展。晶体管之前,电子管和电阻、电容等元件靠焊装构成电路系统。第一台计算机连线和焊接点很多,电路系统体积大,可靠性差。电子装备可靠性和小型化使”集成”成为需求。人们开始将电阻、电容等无源元件和有源元件制做在同一块半导体材料上。1958年9月实现第一个集成电路震荡器演示实验,标志着集成电路诞生，当时该实验在锗晶体管基础上完成。第一块集成电路发明是一个
4、技术创新,对物理学发展产生很大影响。平面技术发明是推动集成电路产业化的关键。包括氧化、扩散、薄膜生长和光刻刻蚀等在内的平面技术，论重要性首推二氧化硅绝缘层的发现。早期晶体管基区宽度不好控制,不易做薄,频率提高受限制。1956年,科学家发现二氧化硅不仅具掩蔽作用,还是高频损耗小、击穿电场强度高的良好绝缘体。直到今天,二氧化硅仍是集成电路主要绝缘层材料。金属-氧化物-半导体场效应晶体管(mos.fet)器件是目前超大规模集成电路基本电路形式。平面工艺的光刻技术是另一关键，光刻是一种精密表面加工技术。1957年首次引入到半导体工艺技术，将光刻技术和二氧化硅氧化掩蔽巧妙结合起来,实现精细晶体管和集成电
5、路图形结构1。这种结构使各元件连接不必再用焊接,而用真空蒸发金属代替,用光刻技术刻出电路完成元件互连。微处理器也是集成电路设计也具里程碑意义。第一台微处理机由intel公司在1971年制造,开辟计算机应用和普及新纪元。微处理器之前,计算机只能被少数大型单位拥有,主要用在军事、航空、航天、天气预报、科学计算等方面2。微处理器发明带动超大规模集成电路技术发展,带动智能化电子产品发展,成为信息技术基础元件。集成电路工艺材料不断发现并发展，如铁电存储器是继dram和rom之后新一代的半导体存储器。光刻技术发展对尺寸按比例缩小起到关键作用，如euv光刻、电子束投影光刻、x射线光刻、离子束光刻、纳米印制光
6、刻等技术突飞猛进。铜互连技术的突破也是关键。三、集成电路面临的技术挑战伴随着集成电路技术发展从一维模式向多维模式转变,对物理学基础理论提出了挑战,也对物理学研究提出了新的更高要求。进入到纳米尺度,集成电路技术面临着系列物理限制的挑战,有来自于基本物理规律的物理极限,也有材料、技术、器件、系统和传统理论方面物理挑战。一是基本物理规律挑战。计算机处理信息是一个进行布尔逻辑运算的过程,涉及到布尔逻辑间的转换。计算机或集成电路处理信息过程是一个物理过程,需满足物理规律限制3。包括电磁学、量子力学测不准、热力学限制。这些是不可逾越的集成电路技术的物理极限。二是材料方面的挑战。传统微电子材料硅衬底、二氧化
7、硅、多晶硅和金属导电材料等无法满足集成电路技术发展需要，需要寻找新材料。三是技术方面的挑战。传统的集成电路的光学光刻工艺、离子注入工艺等快接近物理极限,器件无法进一步缩小，需寻找新工艺方法和途径，包括新一代的替代光刻工艺等。四是器件方面的挑战。按摩尔定律预测,mos器件开关仅需少数几个电子参与,mos器件经典理论将不适用，须采用新器件结构和新器件工作原理。五是系统方面的挑战。包括互连延迟、系统散热问题等挑战。在集成电路实现光互连,尚有许多基础物理和技术问题需解决4。六是传统物理理论的挑战。传统微电子学理论的挑战。微电子学大部分理论基础是基于经典物理理论，需利用量子力学理论等。上述来自理论与技术
8、层面对集成电路的挑战，需要在多方面下功夫，首先应积极适应集成电路技术的多维发展模式。其次是通过克服在材料、技术、物理基础方面遇到的挑战,按特征尺寸按比例缩小途径发展。其三是发展纳米结构的自组装技术等。其四是将纳米低维材料与集成电路技术结合,开发新型纳米电路。其五是研究量子器件,发展量子逻辑运算等。其六是将集成电路技术形成新学科和技术领域，提高处理信息和应用信息能力,提高社会信息化程度。四、集成电路面临的机遇2010年，全球印制电路产业走出金融危机影响，进入新一轮增长期，中国是增长最快国家之一。作为电子信息产业基础和支撑产业的与集成电路密切相关的pcb产业，我国表现出稳固发展态势，在全球所占分量
9、快速攀升，产量、产值、利税总额均大幅度增长。中国已成为全球最大的pcb生产国。随着市场对集成电路与相关软件的巨大需求，使得国家把此技术提升为国家战略层面优先发展成为可能，这也是集成电路技术面对的巨大机遇。我国集成电路产业快速发展，产业规模迅速扩张，技术水平不断提升，推动国家信息化建设。但与国际先进水平比，我国集成电路产业发展基础较薄弱，科技创新和发展能力不强，应用开发水平待提高，产业链待完善等。国家在不久前颁布专门文件，全方位为集成电路产业提供政策。在财税政策方面，集成电路设计企业从事信息系统集成、咨询和运营维护，集成电路设计等业务，免征营业税；对集成电路线宽小于0.25微米或投资额超过80亿
10、元的集成电路生产企业，实行所得税”五免五减半”优惠政策；新办集成电路设计企业，享受企业所得税”两免三减半”优惠政策。在投融资政策方面，地方政府设立集成电路企业发展的股权投资基金或创业投资基金，引导社会资金投资集成电路产业；建立贷款风险补偿机制，积极推动集成电路企业利用知识产权等无形资产进行质押贷款。在研究开发政策方面，国家积极支持集成电路重大关键技术研发，加快具有自主知识产权技术的产业化和推广应用；重点支持高端芯片、集成电路装备和工艺技术、集成电路关键材料、关键应用系统的研发。5参考文献:1陈仲武,厚膜集成电路丝网印刷工艺技术j.电子工业专用设备, 2002(1):51-53.2吴映红.gaas集成电路市场千帆竞发n.中国电子报;2000.3崔景芝.微细电火花加工的基本规律及其仿真研究d.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2007.4吴福全,李国华,代作晓.光隔离器原理的数学描述j.光电子激光,1995,6(3):153-156.5国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知(国发20114号).
