微電子發展的前景在哪兒？是否可以突破摩爾定律？3D晶體管到底有什麼不同呢？

01-22

比如集成電路該怎麼降低功耗？性能往哪方面提高？

首先感謝邀請。我隔了很久之後才回答是因為我根本不知道微電子的發展前景在哪。

我是做工業和工程，不是實驗室搞研究的。在我看來，學術到工業量產的轉化率連10%都不到，所以現在研究前沿的很多技術在我看來都算不上「微電子發展的前景」，第一不能確定是不是有前景，第二很多發展都是量變不是質變，根本不能確定這能不能叫「發展」。所以與其把很多非質變的研究成果羅列上去，不如說點實際的。。。

關於突破摩爾定律，這其實是這個行業發展的關鍵，因為以目前的技術，擴大集成度來追趕摩爾定律，走到今天已經快走不下去了。所有擴大集成度的努力都是量變，這些量變累積已經用光了發展潛力，除非出現突破性技術，不然摩爾定律到10nm以下就走不動了。作為IT硬體和設備廠商，為了追趕摩爾定律已經非常辛苦，看看這些公司的股票，尤其是業界巨人Intel，最近10年總體下跌。為何半導體產業不斷發展但是硬體廠商的股票確表現一般？且看看Intel的研發費用。據說研發65nm處理器晶元的經費是30億美元。這是什麼概念，20億美元就可以建設一條處理器晶元生產線，Intel以一條生產線的代價才研發出了65nm處理器。而根據摩爾定律，每十八個月器件尺寸減少一半，集成度提高，舊晶元價格下降一倍。也就是說，晶元廠十八個月後做同樣的產品只能賣以前一半的錢。這就迫使硬體廠商不斷創新，被迫向前。從積極的角度看著對產業當然是好事，但是這種不斷向前的量變一定會有瓶頸，更加龐大的研發費用，以及器件製造技術的瓶頸，比如光刻，都會最終終止摩爾定律的前進，行業需要突破性的技術了。我最近看TED上面的講演，提到了分子計算機概念，大概是利用DNA長鏈的摺疊以實現晶體管的功能。我雖然不覺得這種技術短時間會有多大的突破，但是我覺得只有這類技術才有機會突破摩爾定律。

最後一個問題，關於3D晶體管。我建議還是先谷歌一下FinFET這個關鍵詞，形象點描述就是把Channel區拱起形成魚鰭狀，再包覆上Gate，這樣就把原來只能在Gate的一側形成電路導通與斷開，變成了三向都可實現電路導通與斷開（當然實際上只有兩面起主要作用啦。。。）。Fin結構相比平面晶體管結構的優點簡單講，就是以更少的能耗實現更好的性能以及更高的空間利用率。

關於專業知識還是要向業界的良心和標杆Intel學習，這裡是Intel的一個簡單介紹Tri-gate的文檔：

http://download.intel.com/newsroom/kits/22nm/pdfs/22nm-Details_Presentation.pdf

說點題外話話，說到Intel，當3D gate發布的時候再度震驚業界，把摩爾定律又向前推進了幾年，我們又可以有幾年飯碗了。。。Intel一直是我敬仰的公司，化不可能為可能，在製造工藝上領先中國至少兩代，是個有著不可思議研發能力的公司。而每一代處理器的研發都需要付出巨大的時間，人力和物力成本。幾十億美元不是一堆零，處在製造業中很清楚這筆錢的分量。面對這樣不斷進取的公司我唯有仰視。

前一陣我一個精通器件同事很悲觀的對我說他覺得半導體行業沒有前景了，最多再過20年我們就要沒有飯碗，甚至不能體面的退休了。我其實一點也不反對這樣的觀點，我們看來高山仰止的Intel也有走不下去的時候，我們的出路又在哪裡？但是我們身處山中，也許只是一群井底之蛙，即使摩爾定律死了，只要電子產業不死，半導體的需求仍在，我們依然可以順應時勢尋找到新的機會。

嗯，把第三個問題說明一下。

3D晶體管有什麼不同。。

首先，我們的傳統平面工藝里，一次性在晶圓（wafer）上把所有的器件全部加工而成，但是，往往會有描述，多少層多少層的說法。那麼這個層是指，在第一層把器件全部做好之後，在往上做連線，一層層的金屬連線。

再者，這些器件在加工的時候，我們的器件參數，特徵尺寸，即柵長，是一維描述。。

所以這是2D平面加工工藝。

3D的晶體管呢，主要是把溝道凸出來了，尺度有有X,Y兩個參數，所以是3D的。

摩爾定律主要針對於以硅為基礎的電子元器件的集成電路，越來越受到限制！現在不得不找到新的半導體材料來替代，石墨烯良好的導電導熱性能有望代替，但是石墨烯自身原有的零帶隙不符合半導體的特點.目前輝鉬具有與石墨烯相仿的機構特性，具有良好的半導體性能有望發展為新型半導體材料，除此之外還有砷化鎵，氮化鎵~也是目前都很熱的半導體材料，這些材料的研究就是想打破摩爾定律的限制！3D晶體管方面不是很了解~

你問的問題有點太大了，微電子前景，國際上各個半導體巨頭也在苦惱，摩爾定律很大程度上指導了CPU(DSP)，存儲器這些數字電路的發展，其實：

這個藍圖早就提出來了，畢竟基礎科學是有限的，雖然聽說IBM在搞7nm先進工藝開發，不過more moore總是要有極限的，光刻啥的突破不了納米尺度。所以more than moore提出，搞些個功能集成嗎，不追尋集成度了，什麼射頻，功率半導體，MEMS，感測器，生物晶元巴拉巴拉就來了。

另外3D晶體管，也叫FINFET嗎，這個是UCB大牛華裔教授胡正明教授發明的，現在被廣泛應用在各個FAB上，咳咳，也許你半導體物理與器件沒學過吧，裡面講的是集成度提高，器件尺寸等比縮小，帶來一堆效應，什麼短溝效應、熱電子效應、強電場巴巴拉拉一堆。

然後這個玩意兒把平面柵設計成魚鰭式的三維的柵，總而言之加強了柵控能力，提高了管子的性能。

功耗降低是FAB思考的問題，我猜你感興趣的是設計吧

3D封裝技術的出現，對於摩爾定律有一定影響，它提高了器件的集成度。而對於新型材料的不斷研究也會打破定律，問題的關鍵是高校或實驗室到底能不能做到並推廣到產品開發。