集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢研究

通訊作者：趙鵬，1988年6月，男，漢族，陜西米脂人，現(xiàn)任職于榆林學(xué)院信息工程學(xué)院，中級實(shí)驗(yàn)師，碩士研究生。研究方向：大規(guī)模集成電路設(shè)計/數(shù)?；旌显O(shè)計。

摘要：集成電路實(shí)際的發(fā)展水平同其技術(shù)與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀密切相關(guān)，但是在我國的極端制造能力這一領(lǐng)域中，巨大規(guī)模集成電路實(shí)際的發(fā)展水平作為這一領(lǐng)域中十分重要的判定標(biāo)準(zhǔn)之一。對于集成電路這一技術(shù)未來的發(fā)展趨勢與發(fā)展路徑展開了分析，對于國家集成電路這一技術(shù)的發(fā)展做出展望，希望可以給大家?guī)韼椭?/p>

關(guān)鍵詞：集成電路技術(shù);發(fā)展趨勢;工藝技術(shù)

一、前言

現(xiàn)階段，科學(xué)技術(shù)與軟件技術(shù)這些先進(jìn)的技術(shù)得到快速的發(fā)展，這和集成電路這一技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用具有非常密切的關(guān)系。集成電路這一技術(shù)不只是信息技術(shù)未來發(fā)展的基礎(chǔ)，并且也是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)未來的發(fā)展方向，被稱為20世紀(jì)時期最為偉大的一項(xiàng)工程技術(shù)[1]。國家正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要階段，集成電路這一技術(shù)未來的發(fā)展關(guān)乎著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與我國經(jīng)濟(jì)、社會的發(fā)展，也是現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)與科技發(fā)展過程中的關(guān)鍵所在[2]。立足于此，本篇文章對于集成電路這一技術(shù)中的每項(xiàng)指標(biāo)與發(fā)展趨勢展開進(jìn)一步探究。

二、集成電路這一工藝水平的指標(biāo)

集成電路就是運(yùn)用半導(dǎo)體的工藝技術(shù)，把二極管、晶體管以及電容和電感元件這些電路需要的元器件，在一個或者是幾個微小的半導(dǎo)體晶片或者是介質(zhì)基片上進(jìn)行集成制作，同時建立完整的電路結(jié)構(gòu)，以及在管殼中把制作完成的電路做好封裝，這樣產(chǎn)生的具備電路功能的微型結(jié)構(gòu)被稱為集成電路[3]。集成電路作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其自身的工藝水平在很大程度上決定了集成電路領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)水平，以下就詳細(xì)地介紹評估集成電路這一工藝的幾項(xiàng)指標(biāo)。

（一）集成度

集成電路具有的集成度就是在IC芯片上所擁有的晶體管數(shù)量，在IC芯片面積一樣的條件下，集成度就會越高，也就說明集成出的元件數(shù)量越多，電路功能也會隨之強(qiáng)大，芯片具有的速度、牢靠性以及功耗性都有顯著的提高，并且芯片所需要的成本也會大幅度下降，所占有的重量與體積也會隨之減少[4]?？梢钥闯?，集成電路是評估IC技術(shù)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

（二）特征尺寸

針對電子元器件而言，其自身的特征尺寸就是半導(dǎo)體器件所包含的最小尺寸。借助縮小特征尺寸，可以進(jìn)一步提高IC芯片具有的集成度，完善其具有的性能[5]。光刻技術(shù)的不斷發(fā)展也是集成電路中特征尺寸縮小的主要前提，現(xiàn)如今光刻技術(shù)得到了快速進(jìn)步，集成電路中特征尺寸也隨之變得更小，就現(xiàn)階段而言，0.18 μm、0.15微米和0.13 μm類別的集成電路都做到了規(guī)?；纳a(chǎn)，但是在市場中，65 nm與90 nm類別的集成芯片也做出了完整的產(chǎn)品。

（三）晶片直徑

為了提高集成電路實(shí)際的集成度，通常是需要在一定程度上增加芯片的面積，然而需要予以重視的是，芯片的面積增加，會造成各個圓片中所包括的芯片數(shù)量相應(yīng)的減少，進(jìn)而大大降低了生產(chǎn)的效率，造成成本的增加[6]。然而加大芯片的直徑則可以處理好這個問題，就當(dāng)下而言，集成電路的主流晶元尺寸是8英寸或者是12英寸，然而14英寸或14英寸以上的晶元尺寸開發(fā)和運(yùn)用才是發(fā)展的主要趨勢。

（四）封裝

IC封裝最開始是以插孔封裝的方式，為了滿足電子設(shè)備對于高密性組裝提出的需求，在表面安裝封裝這一技術(shù)已然慢慢代替了之前插孔封裝的方式。在部分的電子設(shè)備中，運(yùn)用表面封裝的方式可以更好地做到節(jié)省空間，改善性能，減少封裝的成本。對比之前封裝的方式而言，表面封裝能夠?qū)㈦娐钒宓馁M(fèi)用降低60%之多[7]。另外，近期系統(tǒng)級的封裝技術(shù)也在不斷地發(fā)展，系統(tǒng)級的封裝技術(shù)能夠進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能，減少開發(fā)所需的時間，對提高封裝效率與減少成本具有很大的作用。特別是在藍(lán)牙模塊與記憶卡這些成本較低、面積較小且時間較短的電子產(chǎn)品上，系統(tǒng)的封裝技術(shù)具有的運(yùn)用優(yōu)勢日漸突顯。如圖1所示。

三、集成電路這一技術(shù)現(xiàn)階段發(fā)展趨勢

（一）特征尺寸逐漸變小

就縱向上而言，伴隨各種先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)揮，集成電路芯片的集成度也逐漸提升，一般穩(wěn)定在每三年就可以提升4倍，然而加工特征的尺寸在持續(xù)的縮小，這也是俗稱的摩爾定律。現(xiàn)階段集成電路的芯片市場競爭越發(fā)激烈，主動提高產(chǎn)品的性能與性價比才是長久發(fā)展的關(guān)鍵所在，并且也作為IC技術(shù)未來發(fā)展的一項(xiàng)驅(qū)動力[8]。然而減少特征尺寸則是可以提高集成度，進(jìn)而提高產(chǎn)生具有的性能與性價比。就當(dāng)下的情況而言，特征尺寸處在22 nm下的電路已然被生產(chǎn)了出來，集成電路也在慢慢地貼近與物理極限。應(yīng)該予以重視的是，在受工藝技術(shù)與經(jīng)濟(jì)接受能力的約束，應(yīng)該對于尺度極限做好界定，即使當(dāng)下并沒有準(zhǔn)確的定位，然而微型化發(fā)展還是發(fā)展的主要趨勢，集成電路自身的尺寸還是在遵循摩爾定律發(fā)展。特別是伴隨IC設(shè)計和工藝技術(shù)的提升，IC規(guī)模主機(jī)在不斷地擴(kuò)大，復(fù)雜程度也在不斷地提高，在集電芯片中，集成晶體管的數(shù)量也變得更多，集成電路的技術(shù)逐步由3G時代進(jìn)步到3T時代，存儲的數(shù)量也得到了提升。然而集成電路運(yùn)行的速度也會變得更快，數(shù)據(jù)實(shí)際的傳輸速度由交換帶寬進(jìn)步到兆位。在近些年來，IC技術(shù)所設(shè)計的規(guī)則變得更小，然而晶體管的價格也隨之降低，其也是集成電路的主要發(fā)展趨勢。

（二）系統(tǒng)的集成芯片，新技術(shù)和材料的出現(xiàn)

系統(tǒng)的集成芯片也被叫做SOC，其可以把微處理器以及模擬IP核與數(shù)字IP核的操控結(jié)構(gòu)這些功能進(jìn)行相互結(jié)合，這樣來提高電路系統(tǒng)在設(shè)計中的穩(wěn)定性，還可以有效地降低功耗，進(jìn)而處理好之前集成電路存在的能耗高和穩(wěn)定性較差的問題，在以后的發(fā)展中，勢必會引發(fā)將芯片作為核心的信息產(chǎn)業(yè)革命。在集成電路的各項(xiàng)材料中，鍺作為最先運(yùn)用的，隨后是硅。針對光電器這些特殊的集成電路而言，通常會采用部分化合物的半導(dǎo)體集成材料，像是硫化鎘與砷化稼等。對比別的材料而言，硅材料對于電學(xué)、物理這些性能與成本方面存在著很大的優(yōu)越性，同時也讓其變成現(xiàn)階段集成電路運(yùn)用的主流材料。硅單品的材料也處在快速發(fā)展的時期，硅圓片的直徑逐步增大，現(xiàn)階段已然實(shí)現(xiàn)了16英寸與18英寸的水平。如圖2所示。

（三）新領(lǐng)域的運(yùn)用

當(dāng)下正處于信息時代，然而集成電路在這一時代下也迎來了全面的發(fā)展，特別是伴隨集成電路各項(xiàng)重要技術(shù)的逐漸完善，其在每一領(lǐng)域的運(yùn)用也越發(fā)的廣泛，在智能手機(jī)、智能電視以及聯(lián)動安防這些領(lǐng)域中的運(yùn)用與發(fā)展也是非常值得期待的。伴隨智能手機(jī)的廣泛運(yùn)用和發(fā)展，現(xiàn)代化手機(jī)芯片的設(shè)計技術(shù)也獲得了更多的關(guān)注，其中最為主要是適應(yīng)計算，運(yùn)用適應(yīng)計算技術(shù)可以進(jìn)一步刷新芯片的實(shí)線線路，對比現(xiàn)階段固有的芯片而言，單個的芯片也能夠完成幾個芯片的功能，并且能夠更好的提高芯片的速度，減少成本與消耗。另外，在視覺修復(fù)以及火車站的安防系統(tǒng)和人臉識別這些領(lǐng)域，集成電路這一技術(shù)的運(yùn)用也更為廣泛，開始逐漸進(jìn)入到人們的工作和生活中。如圖3所示。

四、對于集成電路這一技術(shù)市場未來的展望

伴隨智能化城市建設(shè)的發(fā)展與信息消費(fèi)的逐漸升溫，國家集成電路這一技術(shù)市場在眾多有利因素的推動下，獲得了長久的發(fā)展。不管是智能化的交通、電網(wǎng)以及工業(yè)操控這些方面，還是說在金融、汽車以及醫(yī)療這些行業(yè)中的電子運(yùn)用都獲得了很好的發(fā)展，并且，還促進(jìn)了操控器、處理器以及傳感器這些專用電路發(fā)展所提出的要求[9]。我國集成電路這一技術(shù)產(chǎn)業(yè)也實(shí)施了兼并或是重組，在半導(dǎo)體這一行業(yè)中，投資人與企業(yè)在其中一些領(lǐng)域?qū)嵤┎①徥菫榱俗龅诫p贏。例如，國家存儲器這一領(lǐng)域中，現(xiàn)階段已經(jīng)縮減到3家重要的企業(yè)，提升了企業(yè)的利潤率，這也彰顯出制造能力與規(guī)模效應(yīng)具有的集中性。國家集成電路如果要做到強(qiáng)大，不只是應(yīng)該加強(qiáng)對于技術(shù)的研發(fā)，還應(yīng)該間兼并重組，進(jìn)而讓企業(yè)可以快速的成長，減短研發(fā)所需的時間，這也是現(xiàn)階段國家的集成電路企業(yè)能夠快速崛起的最佳選擇。集成電路相關(guān)的投入應(yīng)該有固定的閾值，如果規(guī)模未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)就難以取得顯著的效果，所以，國家集成電路應(yīng)該把能夠運(yùn)用的資源集中，加強(qiáng)整合的力度，進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)綜合的競爭能力。在集成電路制造滿足應(yīng)用的體量，就可以達(dá)成盈利。國家集成電路這一技術(shù)市場以后的發(fā)展應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)狀，進(jìn)一步促進(jìn)資源的整合，同時把整合的資源投放到優(yōu)勢的企業(yè)上，進(jìn)而創(chuàng)建出在去全球范圍內(nèi)擁有競爭能力的集成電路的主要企業(yè)，這樣才可以促進(jìn)集成電路相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

五、結(jié)語

總而言之，放眼近期世界的電子信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程不難看出，集成電路作為現(xiàn)階段電子信息技術(shù)的中心與發(fā)展的前提，關(guān)乎著我國經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展，也是一種基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)。本篇文章簡要的分析了集成電路的基本概念，對于集成電路的工藝水平指標(biāo)實(shí)施了歸納和總結(jié)，最后，再放眼其以后的發(fā)展趨勢，以便于更好地推動集成電路這一技術(shù)的不斷發(fā)展。

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