试析“超越摩尔定律”的技术

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1、万方数据第42卷第5期2012年10月微电子学^氟croPZecf，onfcsV01．42，No．5()ct．2012·动态综述·试析“超越摩尔定律"的技术赖凡，徐学良，蔡明理(中围电子科技集团公司第二十四研究所，重庆400060)摘要：分析研究了半导体技术有别于“摩尔定律”的另一个发展趋势，即“超越摩尔定律”的发展方向，重点讨论了“超越摩尔定律”范畴的形成、可用组成器件、支撑技术和异质集成设计技术等问题。关键词：超越摩尔定律；3D集成；异质集成；纳米器件；siP；soc中图分类号：TN303；TN405文献标识码：A文章编号：1004—3365(2

2、0l2)05一0706一04AnoVerViewof“MoreThanMoore”TechnologyLAIFan，XUXueliang，CAIMingli(Si(^“Ⅱ”，”5fif“fPo厂sofid一5缸fPCir(“ifj，(：^znnEfec￡roNifsTgc^no如gyGr(，“p(1(Jrp．，C^o”胄q川g400060，P．尺．Chz"“)Abstract：Trendof“MorethanMoore’’isreviewed，whichisadcvelopingroute。fsemiconductortechnologyothert

3、hanMoore’sI。aw．Theconceptof“MorethanMoore”iselaborated，andtechnologicalissues，sucha8devicesavailable，underlyingtechnologiesandheterogeneoLlsintegrationdesign，arediscussedinparticular．Keywords：MorethanMoore；3Dintegration；Heterogeneousintegration；Nano—device；SiP；SoCEEACC：0170G1引言

4、最近几年，在无线通信等应用的拉动下，微电子技术不仅继续沿着摩尔定律指引的按比例缩小方向(MM)发展，又逐渐形成了被称作“超越摩尔定律”(MtM)的发展趋势口]。“超越摩尔定律”的特点之一是：采用非CMOS的等比例缩小方法，将集成电感、电容等占据大量PCB空间的无源元件集成在封装内，甚至芯片上，使电子系统进一步小型化，以达到提高其性能的目的。这就需要对材料、设计和工艺进行新的研究。“超越摩尔定律”的第二个特点是：按需要向电子系统集成“多样化”的非数字功能，形成具有感知、通信、处理、致动等功能的微系统。这不仅需要不断发展模拟、RF、混合信号、无源、高电压

5、等传统半导体工艺技术，还需要发展非传统的半导体工艺，去集成机械、热、声、化学传感器和致动器等功能。将来，纳米技术和生物技术也会逐渐被收稿日期：2011—1225：定稿日期：2012一03—28加入到“超越摩尔定律”中。“超越摩尔定律”还会应用到3D等异质集成技术，3D技术是实现多功能异质系统集成的关键技术之一。“超越摩尔定律”的最终目的是对环境智能所需要的意识和响应能力实现全面补充，使人体和环境实现直接接口。本文就“超越摩尔定律”范畴的形成、可用器件组成、支撑技术和异质集成设计技术进行了分析讨论。2“超越摩尔定律”范畴的形成“摩尔定律”以具有很高置信

6、度的推算方式清晰地描绘出主流CMOS，SiGe，HBT等半导体技术未来的发展趋势。CMOS技术的应用领域和产品在相当大程度上是显而易见的。但是，“超越摩尔定律”的技术却没有这种清晰可见的特点。与“摩尔定律”不同，“超越摩尔定律”技术的显著特点是多功能化的应用驱动。“超越摩尔定律”与产品和市场有着很高的关联度。选用何种“超越摩万方数据第5期赖凡等：试析“超越摩尔定律”的技术尔定律”技术，更多是基于企业技术发展的需要，在更大程度上是企业或行业自身的决策行为，不像摩尔定律是一个相对确定的推测。企业为了满足应用和产品市场的需求，自行决定在“超越摩尔定律”方向

7、上应采取的技术或者技术的组合。但是，企业各自采用不同的“超越摩尔定律”的技术有其共性，可根据不同市场的公共技术需求确定该发展方向上的“功能”和“相关器件”。首先，从市场得到的有限产品参数出发，对开发产品所需要的技术进行分析和描述。满足不同的市场可能需要不同的或相同的技术组成，从这些技术构成成份中归纳出对技术组成的共同需要。从各个不用市场提炼出的技术成份能够推动多个应用和市场的发展，从而形成“超越摩尔定律”的技术范畴。由于这些技术组成所具有的共用性和通用性，所以，相对于易变的应用市场，它们相对较为稳定。本文在后面的讨论中提出了“超越摩尔定律”的器件和支

8、撑技术。3“超越摩尔定律”的技术和器件组成3．1“超越摩尔定律”技术组成“超越摩尔定律”技术组成包括模拟和模