摩尔定律的困难与前景.doc

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1、摩尔定律的困惑与前景高花摘要：分析了摩尔定律在制造成本、光刻等关键技术，以及物理基础思想等方面的困难和制约。评述了为维护摩尔定律的基本原理学术界在分子电子学、量子技术等方向上的工作，评析了摩尔定律在未来电脑、网络及微电子装置等前沿高科技产业发展中的启发和引导价值。认为摩尔定律的基本思想目前仍有效且适用。关键词：摩尔定律；困惑；前景一、摩尔定律的来历工作在半导体行业的人，可说无人不知摩尔定律(Moore'sLaw)。笔者在手头一本词典中对摩尔定律的解释大致是：Inte1公司的创办人之一戈登.摩尔(G.Moore)在l9

2、65年所作的发现，说集成电路上的元器件数量将会以每18个月翻一番的速度稳定增长。并说这个预言因IC的发展而得到证明被誉为“IT业第一定律”，后来，这一定律还经常被用来形容其它高技术超常的发展速度。集成电路是1958～l959年间发明的，到l965年身任仙童(Fairchild)半导体公司研究开发室主任的摩尔提出所谓摩尔定律时不过六七年的时间，当时集成度仅只30个元器件，世界半导体市场也不过15亿美元。摩尔定律仅是短短几年内摩尔对集成电路生产经验的总结和观察的成果，它不是严密科学的数学公式或物理定律，只是一个大概的发展

3、速度推算，也可说是一种信念。每18个月翻一番这是最常见的版本，但据国外媒体2005年纪念摩尔定律40周年的撰文中说，1965年4月摩尔应邀为庆祝《E1ectronics》杂志诞生35周年而发表了题为“Crammingmorecomponentsonintegratedcircuits”的文章，对1965～1975年未来10年间的集成电路作了展望，在这里摩尔所表达的时间长度为“每年翻一番”，同时摩尔在这篇文章中指出，“1975提及“18个月翻一番”的说法。倒是同在Intel公司工作的DaveHouse曾提出，计算机的效

4、率大约每18个月翻一番，摩尔也认为“18个月翻番”的提法应归功于他。那今天通关于摩尔定律18个月翻番的提法不知是否即由此而来？摩尔定律首先用于描述集成电路上晶体管数量的增长，但后来又被应用到芯片时钟速度及性能等其它快速增长的领域。摩尔当时也并未看得很远，但令人惊奇的是，40多年来世界半导体业发展的实践证明，大体上是符合摩尔提出的发展趋势的，相当准确。因此，我们对摩尔的智慧、感悟和谦诚充满了敬佩之情。二、摩尔定律面临的困惑和问题制造成本的技术制约从技术发展上看，摩尔第二定律并不是摩尔单纯关于技术的理论假说，而是实验室在

5、研发和讨论中产生的一个现实问题。它假设，虽然晶体管可以做得更小，但技术变革变得更加困难，相应地，它会变得非常昂贵。根据摩尔第二定律，经济因素最终会限制半导体的进一步发展，整个工业将受限于过于昂贵的技术。刻制工艺和技术是集成电路工业的关键技术，光刻机已如此昂贵，但价格还在上涨。上到尖端的航天技术，下到我们天天经历的日常生活，电子芯片对于现代文明的影响可谓无处不在。我们身边，从电话、电视甚至厨房设备，几乎所有需要电力驱动的产品都有着一块电子芯片，而所有的芯片，又无一例外都是光刻工艺的产物。光刻的成本已经占整个晶片成本的3

6、0％。它不仅是组装过程中最贵的一道工艺，而且是半导体生产线上最贵的部分。这关系到每个生产商。同时，由于行业的知识和组织特性，电信业的发展依赖于产品快速成型、短时间地进入市场以及转向灵活，所有这些都使成本趋于上升。另一个成本因素是光刻在芯片上的掩模版所需的花费。掩模版制作类似于照片的缩影过程，但是它要昂贵得多。掩模版的制备在成本因素中可以说是最重要的一部分，而每只晶体管的成本在推动电信业发展的变量中也是非常重要的一个因素。伴随着新一代产品的成功，晶体管一定是尺寸更小、更加紧密地排列在硅片上。所以，制造商不仅要制造出更小

7、的部件，而且必须把部件更紧凑地组装起来，这些因素使掩模版的成本上升。最近，半导体工业获得了重要的进展，发现利用特殊的光学技术可以光刻细线条，线宽尺寸比光的波长还要小。今天，使用波长为248nm的光光刻100nm的线宽已经是可能之事了。但这个工艺在产业化和实现上存在的一个问题就是，在2个部件之间的最小间距是1个波长，这是物理学的一个基本定律，不可能轻易克服。只要使用光技术来光刻芯片，2个部件之间的距离就不能小于光的波长。预测表明，近年就可以制造出线宽100nm的晶体管。晶体管的成本取决于所占的面积。由于光刻技术本身存在

8、的问题，每个晶体管成本下降的速度并不能达到业界想要的那么快。同时，光刻只是在半导体上刻出晶体管器件的结构，以及晶体管之间连接的通路。要真正地实现电路，则还需要搀杂、沉积、封装等系列芯片工艺手段。但光刻是所有芯片产生的第一步，整个芯片工艺所能达到的最小尺寸也是由光刻工艺决定的。集成度越高的芯片越需要更微妙的光刻技术支持。三、摩尔定律的前景(1)摩