中國科學院院士毛軍發: 異質集成將成后摩爾時代集成電路產業新方向

作者：許子皓來源：中國電子報、電子信息產業網

  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、副校長毛軍發發表了題為“半導體異質集成電路”的主題演講。毛軍發談到，摩爾定律正面臨極限挑戰，這既是一個轉折點，也是一個機遇。

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

  毛軍發表示，一些復雜的電子系統用任何單一的半導體工藝都難以實現，而半導體異質集成電路則可將不同工藝節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點；二是采用系統設計理念；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。其優點是：一是可實現強大的復雜功能、優異的綜合性能，突破單一半導體工藝的性能極限；二是靈活性大、可靠性高、研發周期短、成本低；三是采用3維集成，因此能夠實現小型化、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展將面臨很多挑戰。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，毛軍發提出打破集成電路傳統“路”的思路，向場的演變、結合，進行多學科交叉研究。

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