中國科學院院士毛軍發(fā): 異質集成將成后摩爾時代集成電路產業(yè)新方向

作者：許子皓來源：中國電子報、電子信息產業(yè)網(wǎng)

  6月9日，世界半導體大會（WSCE2021）開幕論壇在南京舉行。論壇上，中國科學院院士、上海交通大學黨委常委、副校長毛軍發(fā)發(fā)表了題為“半導體異質集成電路”的主題演講。毛軍發(fā)談到，摩爾定律正面臨極限挑戰(zhàn)，這既是一個轉折點，也是一個機遇。

  毛軍發(fā)在演講中指出，芯片產業(yè)目前有兩條主要發(fā)展路線：一是延續(xù)摩爾定律；二是繞道摩爾定律。如延續(xù)摩爾定律，將面臨一系列挑戰(zhàn)，分別是物理極限挑戰(zhàn)、技術手段挑戰(zhàn)、經濟成本挑戰(zhàn)。而繞道摩爾定律有很多途徑，其中之一就是異質集成電路。

  毛軍發(fā)表示，一些復雜的電子系統(tǒng)用任何單一的半導體工藝都難以實現(xiàn)，而半導體異質集成電路則可將不同工藝節(jié)點的化合物半導體器件或芯片、硅基低成本高集成器件芯片，與無源元件（含MEMS）或天線，通過異質鍵合成或外延生長等方式集成，從而解決這一問題。

  毛軍發(fā)在演講中指出，異質集成特色很突出：一是可以融合不同半導體材料、工藝、結構元器件或芯片的優(yōu)點；二是采用系統(tǒng)設計理念；三是應用先進技術，如芯粒（Chiplet）；四是具有2.5維或3維高密度結構。其優(yōu)點是：一是可實現(xiàn)強大的復雜功能、優(yōu)異的綜合性能，突破單一半導體工藝的性能極限；二是靈活性大、可靠性高、研發(fā)周期短、成本低；三是采用3維集成，因此能夠實現(xiàn)小型化、輕質化；四是對半導體設備要求相對較低，不受EUV光刻機限制。因此，它成為超越摩爾定律的重要路線之一。

  半導體異質集成電路中的特殊集成電路為毫米波異質集成電路，它是國際上半導體異質集成電路發(fā)展的重點方向，原因是它能滿足很多需求，從5G、6G，到航天、導航等都需要毫米波技術。然而，毫米波異質集成電路的發(fā)展將面臨很多挑戰(zhàn)。首先是如何解決半導體異質集成電路多物理耦合與演變規(guī)律難題；其次是如何解決電特性、應力特性、熱特性之間的相互矛盾；再次是由于不同的材料晶格、膨脹系數(shù)存在的差異，如何建立異質界面動力學；最后是如何掌握可測性原理。為此，毛軍發(fā)提出打破集成電路傳統(tǒng)“路”的思路，向場的演變、結合，進行多學科交叉研究。

  毛軍發(fā)表示，摩爾定律正面臨極限挑戰(zhàn)，轉折點臨近，半導體異質集成將成為電子系統(tǒng)集成技術發(fā)展的新途徑、后摩爾時代集成電路發(fā)展的新方向、我國半導體集成電路產業(yè)發(fā)展的新機遇。