C114訊 6月9日消息(樂思)在今日召開的“2021世界半導體大會暨南京國際半導體博覽會”上,中國科學院院士、上海交通大學黨委常委、副校長毛發軍發表了主題為《半導體異質集成電路》的演講。

在演講中,他指出,如今,摩爾定律面臨極限挑戰,轉折點臨近,半導體異質集成電路將為我國集成電路變道超車發展提供歷史機遇。

集成電路是我國重大戰略需求,其不僅是是高新技術產業的命脈,國防電子裝備的靈魂,也是我國科技規劃的重點,如今也成為了國際科技競爭的焦點。

毛發軍指出,我國集成電路產業面臨“卡脖子”的痛點。一方面中國花費巨資進口。數據顯示,2020年中國進口集成電路價值3500億美元(同年進口石油1760億美元),高端芯片基本依賴進口。另一方面,集成電路有錢也買不到。2020年5月,美國商務部宣布全面限制華為購買美國軟件和技術生產的半導體產品。2021年4月,美國商務部建議對14nm以下所有中國芯片公司出口管制。

眾所周知,集成電路是一個國家綜合科技實力乃至綜合國力的反映。毛發軍認為,我國集成電路產業落后的原因復雜,外在因素是先進技術受到西方封鎖,內在原因是我國集成電路產業瞻前顧后,導致產學研脫節。

其中EDA落后的原因有兩點,首先是研究算法的較多,但很零散,沒有規劃、集成,沒有形成能力。其次,大型軟件工程能力較弱,經驗較少,用戶不愿意用國產軟件工具,惡性循環。裝備落后的原因是整體能力和市場環境等多方面因素。器材與電路落后的原因是材料落后,工藝的精細度、穩定性不足,缺乏工匠精神和工藝大師。

據介紹,目前,集成電路的發展方向主要有兩個,一是繼續延續摩爾定律;二是繞道摩爾定律。這兩條道路都面臨挑戰,前者面臨物理原理極限,技術手段極限以及經濟成本極限。后者要朝著異質集成電路方向發展。

“集成電路有兩類材料,元素半導體和化合物半導體材料,這兩類各有優缺點。如何將兩者的優點結合起來?只有異質集成電路才能做到。” 毛發軍指出。

所謂半導體異質集成電路指的是將不同的工藝節點的化合物半導體高性能器件或芯片、硅基低成本高集成度期間或芯片(都含光電子器件或芯片),與有源元件或天線、通過異質鍵合或外延生長等方式集成而實現的集成電路或系統。

他表示,半導體異質集成電路的特色是融合不同半導體材料、工藝、結構元器件或芯片的優點;采用系統設計理念;采用小芯片、集成無源器件等新技術;2．5維或3維高密度結構。其優點也非常突出,能實現強大的復雜功能、優異的綜合性能;靈活性大、可靠性強、研發周期短,成本低。小型化輕量化;不受EUV光刻機限制。

如今,毫米波異質集成電路是發展的重點,毫米波異質集成電路是工作在毫米波段的異質集成電路。它能滿足國家發展重大需求;毫米波電子系統對異質集成的需求非常迫切,毫米波電子系統往往需要天線、數字、模擬、毫米波元器件與電路的組合,優勢工藝各異。

然而,它面臨的挑戰和問題更為嚴峻和復雜。一是分布參數,本質從“路”向場演變,設計更加困難。二是波長短,間距小,集成度高,對工藝要求更加精細。三是電磁寄生效應,耦合緊密,測試更加復雜。

毛發軍表示,總而言之,半導體異質集成電路突破了單一工藝集成電路的功能、性能極限,實現高性能復雜電子系統,非常具有研究價值。它是電子系統集成技術發展的新途徑,也是后摩爾時代集成電路發展的新方向,更是集成電路變道超車的新機遇。