C114訊 6月9日消息(樂思)在今日召開的“2021世界半導(dǎo)體大會(huì)暨南京國(guó)際半導(dǎo)體博覽會(huì)”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)毛發(fā)軍發(fā)表了主題為《半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路》的演講。

在演講中,他指出,如今,摩爾定律面臨極限挑戰(zhàn),轉(zhuǎn)折點(diǎn)臨近,半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路將為我國(guó)集成電路變道超車發(fā)展提供歷史機(jī)遇。

集成電路是我國(guó)重大戰(zhàn)略需求,其不僅是是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的命脈,國(guó)防電子裝備的靈魂,也是我國(guó)科技規(guī)劃的重點(diǎn),如今也成為了國(guó)際科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

毛發(fā)軍指出,我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)面臨“卡脖子”的痛點(diǎn)。一方面中國(guó)花費(fèi)巨資進(jìn)口。數(shù)據(jù)顯示,2020年中國(guó)進(jìn)口集成電路價(jià)值3500億美元(同年進(jìn)口石油1760億美元),高端芯片基本依賴進(jìn)口。另一方面,集成電路有錢也買不到。2020年5月,美國(guó)商務(wù)部宣布全面限制華為購(gòu)買美國(guó)軟件和技術(shù)生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品。2021年4月,美國(guó)商務(wù)部建議對(duì)14nm以下所有中國(guó)芯片公司出口管制。

眾所周知,集成電路是一個(gè)國(guó)家綜合科技實(shí)力乃至綜合國(guó)力的反映。毛發(fā)軍認(rèn)為,我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)落后的原因復(fù)雜,外在因素是先進(jìn)技術(shù)受到西方封鎖,內(nèi)在原因是我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)瞻前顧后,導(dǎo)致產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)。

其中EDA落后的原因有兩點(diǎn),首先是研究算法的較多,但很零散,沒有規(guī)劃、集成,沒有形成能力。其次,大型軟件工程能力較弱,經(jīng)驗(yàn)較少,用戶不愿意用國(guó)產(chǎn)軟件工具,惡性循環(huán)。裝備落后的原因是整體能力和市場(chǎng)環(huán)境等多方面因素。器材與電路落后的原因是材料落后,工藝的精細(xì)度、穩(wěn)定性不足,缺乏工匠精神和工藝大師。

據(jù)介紹,目前,集成電路的發(fā)展方向主要有兩個(gè),一是繼續(xù)延續(xù)摩爾定律;二是繞道摩爾定律。這兩條道路都面臨挑戰(zhàn),前者面臨物理原理極限,技術(shù)手段極限以及經(jīng)濟(jì)成本極限。后者要朝著異質(zhì)集成電路方向發(fā)展。

“集成電路有兩類材料,元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體材料,這兩類各有優(yōu)缺點(diǎn)。如何將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來?只有異質(zhì)集成電路才能做到?！?毛發(fā)軍指出。

所謂半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路指的是將不同的工藝節(jié)點(diǎn)的化合物半導(dǎo)體高性能器件或芯片、硅基低成本高集成度期間或芯片(都含光電子器件或芯片),與有源元件或天線、通過異質(zhì)鍵合或外延生長(zhǎng)等方式集成而實(shí)現(xiàn)的集成電路或系統(tǒng)。

他表示,半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路的特色是融合不同半導(dǎo)體材料、工藝、結(jié)構(gòu)元器件或芯片的優(yōu)點(diǎn);采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念;采用小芯片、集成無源器件等新技術(shù);2．5維或3維高密度結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)也非常突出,能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的復(fù)雜功能、優(yōu)異的綜合性能;靈活性大、可靠性強(qiáng)、研發(fā)周期短,成本低。小型化輕量化;不受EUV光刻機(jī)限制。

如今,毫米波異質(zhì)集成電路是發(fā)展的重點(diǎn),毫米波異質(zhì)集成電路是工作在毫米波段的異質(zhì)集成電路。它能滿足國(guó)家發(fā)展重大需求;毫米波電子系統(tǒng)對(duì)異質(zhì)集成的需求非常迫切,毫米波電子系統(tǒng)往往需要天線、數(shù)字、模擬、毫米波元器件與電路的組合,優(yōu)勢(shì)工藝各異。

然而,它面臨的挑戰(zhàn)和問題更為嚴(yán)峻和復(fù)雜。一是分布參數(shù),本質(zhì)從“路”向場(chǎng)演變,設(shè)計(jì)更加困難。二是波長(zhǎng)短,間距小,集成度高,對(duì)工藝要求更加精細(xì)。三是電磁寄生效應(yīng),耦合緊密,測(cè)試更加復(fù)雜。

毛發(fā)軍表示,總而言之,半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路突破了單一工藝集成電路的功能、性能極限,實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜電子系統(tǒng),非常具有研究?jī)r(jià)值。它是電子系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展的新途徑,也是后摩爾時(shí)代集成電路發(fā)展的新方向,更是集成電路變道超車的新機(jī)遇。