摩爾定律失效後的晶元該怎麼發展?

2021-09-20 09:02:03 字數 1369 閱讀 1923

在過去幾十年裡,摩爾定律指引著積體電路產業的發展,晶元製造工藝也在按部就班地推進。但進入了最近幾年,晶元的微縮週期因受到矽材料本身特性和裝置的限制而逐漸變慢。換句話說,摩爾定律失效了。

全球半導體行業研發規劃藍圖協會主席paolo gargini在早年也曾表示,按照最快的發展速度看,到2023年,我們的我們的晶元線路可以達到2-3奈米級別,然而在這個級別上只能容納10個原子。這時候晶元的電子將受限於量子的不確定性,電晶體變得不可靠,尋找矽以外的替代材料和新技術就成為工程師們的工作重點。

為了延續之前的晶元前進步伐,產業研正在材料等方面探索晶元演進的新解決辦法: more moore、more than moore和beyond cmos就成為了其中的選擇。其中more moore和more than moore被稱為非矽微電子學。

積體電路產業發展的三個方向

根據定義,所謂more moore是想辦法沿著摩爾定律的道路繼續前進;more than moore做的是發展在之前摩爾定律演進過程中所謂開發的部分;beyond cmos做的是發明在矽基cmos遇到物理極限時所能倚重的新型器件。如下圖所示,根據itrs和irds的規劃,到10nm之後,三五族半導體、sige和ge等高遷移非矽材料;tfet、nc警惕光和自旋電子等beyond cmos選擇將會成為產業追尋的新方向。

cmos裝置的進化

但我們也應該看到,在這些新方法後面,存在更多的問題。例如more moore的漏電問題,more than moore的多模組封裝,還有beyond cmos面臨的功耗瓶頸問題。

beyond cmos的功耗瓶頸

圍繞著這些新技術和新材料的電子遷移率、空穴遷移率、靜待遷移率,還有材料本身的各種表徵特性,都是大家非常關注的。

為此,西安電子科技大學的韓根全教授作了乙個題為《ge based tunneling and negative capacitance fets: devices and characterization》的演講,為大家解析晶元新思路背後的門道和解決方法。

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摩爾定律失效否?

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