集成电路技术的发展趋势研究

　　摘要：以集成电路为基础的电子产业大肆发展，集成电路技术的发展不仅关系到国家经济发展，同时还关系到社会的进步和国家安全。本文简要分析了集成电路技术及其工艺水平指标，并展望了集成电路技术的未来发展趋势，旨在为相关研究与实践提供参考。

　　关键词：集成电路;发展趋势;工艺技术

　　近年来，信息技术、软件技术等高新技术发展快速，这与集成电路技术的发展和应用有着密不可分的关系。集成电路技术不仅是信息技术的发展基石，同时也是计算机网络技术的主要发展方向，被认为是二十世纪最伟大的工程技术之一。我国正处于经濟转型的关键时期，集成电路技术的发展关系到传统产业转型升级和国家经济、社会的发展，是现代产业和科技发展的重中之重。基于此，本文简要研究了集成电路技术的基本各项指标和发展趋势。

　　1 集成电路工艺水平的指标

　　所谓集成电路，顾名思义，是采用半导体工艺技术，将二极管、晶体管、电阻、电容、电感元件等电路所需元器件，在一块或几块很小的半导体晶片或介质基片上集成制作，并形成完整的电路，最后在管壳中将制作成的电路封装起来，由此形成的具有电路功能的微型结构就是集成电路[1]。集成电路是国家经济发展的重要基础产业，其工艺技术水平在一定程度上决定着集成电路的产业水平，下面就简要介绍衡量集成电路工艺水平的几个主要指标。

　　1.1 集成度

　　集成电路的集成度是指一个IC芯片上所包含的晶体管的数量，在芯片面积相同的情况下，集成度越高，意味着集成的元件数量越多，电路功能也就越强大，芯片速度、可靠性、功耗等性能都有着明显的提升，同时芯片的成本大大下降，占用重量和体积也有所减小。由此可见，集成度是衡量IC技术先进性的重要指标。

　　1.2 特征尺寸

　　对于电子元器件来说，其特征尺寸是指半导体器件中的最小尺寸。通过减小特征尺寸，能够有效提升IC芯片的集成度，优化其性能。光刻技术的发展是集成电路特征尺寸减小的前提所在，近年来光刻技术日渐进步，集成电路特征尺寸也越来越小，就目前来看，0.18μm、0.15μm、0.13μm级别的集成电路都已经实现了规模化生产，而在市场中，65nm和90nm级别的集成芯片也已经有了成熟的产品[2]。

　　1.3 晶片直径

　　为了提升集成电路的集成度，往往需要适当增大芯片面积，但需要注意的是，芯片面积的增大，会导致每个圆片内包含的芯片数量有所减少，从而降低生产效率，导致成本增加。而增加晶片直径则能够有效解决这一问题，就目前来看，集成电路主流晶元尺寸为8英寸和12英寸，而14英寸及以上晶元尺寸的研发和应用也是大势所趋。

　　1.4 封装

　　IC封装最早采用插孔封装方式，为了适应电子设备高密度组装的需要，表面安装封装技术已经逐步取代传统插孔封装方式。在一些电子设备中，采用表面封装方式能够有效节约空间，优化性能，降低封装成本。相较于传统插孔封装方式来说，表面封装下的电路板费用降幅达到了60%之多[3]。此外，近年来系统级封装技术的发展也比较迅速，系统级封装技术有利于优化系统性能，缩短开发周期，对于提升封装效率和降低成本也有着积极的作用。尤其在蓝牙模块、记忆卡、功放器等低成本、小面积、短周期、便携式的电子产品上，系统封装技术的应用优势十分明显。

　　2 集成电路技术的发展趋势

　　2.1 特征尺寸逐步缩小

　　从纵向上来看，随着各种新技术的发展，集成电路芯片集成度逐年提高，基本上每三年就能够提高4倍，而加工特征尺寸不断缩小，这就是著名的摩尔定律，由Intel公司创始人之一的摩尔博士提出。近年来，集成电路芯片市场竞争日益激烈，积极提升产品性能和性价比是长远发展的关键，同时也是IC技术发展的推动力。而缩小特征尺寸则有利于提升集成度，从而提升产品性能和性价比。就目前来看，特征尺寸在22nm以下的电路已经被生产出来，集成电路正在逐渐接近物理极限。需要注意的是，受到工艺技术和经济承受力的限制，需要对尺度极限进行界定，虽然现在还没有明确的定论，但微型化发展仍然是主要趋势，集成电路的特征尺寸仍然在按照摩尔定律发展。尤其随着IC设计与工艺技术的提高，IC规模主机扩大，复杂度也越来越高，在一个芯片中，集成的晶体管数量越来越多，集成电路技术逐渐从3G时代发展到3T时代，存储量进一步增大。而集成电路的速度也越来越快，数据传输速度从Gbps发展到Tbps。在近50年内，IC技术发展快速，IC技术设计规则越来越小，而晶体管价格也逐步降低，这也是集成电路的发展趋势。

　　2.2 系统集成芯片

　　系统集成芯片也称为SOC，其能够将微处理器、模拟IP核、数字IP核及片外存储器控制结构等各种功能结合在一起，以此来提升电路系统设计的稳定性，还有利于降低功耗，从而有效解决传统集成电路能耗高、稳定性差的问题，在未来发展的过程中，必将引起以芯片为核心的电子信息产业的技术革命。

　　2.3 新材料、新技术的涌现

　　在集成电路所有材料中，锗是最先投入使用的，之后是硅。对于光电器件等特种集成电路来说，一般会使用一些化合物半导体材料，如硫化镉、砷化镓等。相较于其他材料来说，硅材料在电学、物理等性能及成本方面有着较大的优越性，这也使得其成为当前集成电路的主流材料。硅单晶材料也处于不断发展中，硅圆片直径逐渐增大，目前已经达到了16和18英寸的水平。

　　2.4 新领域的应用

　　当今时代是信息时代，而集成电路也在信息时代下迎来了新的发展高峰，尤其随着集成电路各种关键技术的成熟，其在各个领域中的应用也越来越广泛，在智能手机、智能汽车、联动安防等各个新领域中的应用和发展也值得期待。随着智能手机的不断发展，新的手机芯片设计技术也越来越受到关注，其中的关键在于适应计算，采用适应计算技术能有效刷新芯片实线电路，相较于当前固定不变的芯片来说，单个芯片即可实现几个芯片的功能，同时有利于提升芯片速度，降低成本和功耗。此外，在视觉修复、火车站安防系统、人脸识别、汽车智能等领域，集成电路技术的应用也越来越广泛，已经逐步深入到人们生活的各个方面。

　　推荐阅读：《中国集成电路》(月刊)创刊于1992年，是由中国信息产业部主管，中国半导体行业协会/集成电路设计分会主办的全国性专业电子刊物。

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