国际半导体技术发展路线图_ITRS_2011版综述-2
国际半导体技术发展路线图
国际半导体技术发展路线图为了回答如何保持半导体产业按照摩尔定律继续发展的问题，国际上主要的半导体协会共同组织制定了国际半导体技术发展路线图ITRS《International technology roadmap for semiconductors》它为半导体产业界提供了被工业界广泛认同的；对未来十年内研发需求的最佳预测以及可能的解决方案，它对整个半导体茶叶需要开发什么样的技术起到了一个导向作用。
国际半导体技术发展路线图一、半导体产业生态环境半导体产业诞生于上世纪70年代，当时主要受两大因素驱动：一是为计算机行业提供更符合成本效益的存储器；二是为满足企业开发具备特定功能的新产品而快速生产的专用集成电路。
到了80年代，系统规范牢牢地掌握在系统集成商手中。
存储器件每3年更新一次半导体技术，并随即被逻辑器件制造商采用。
在90年代，逻辑器件集成电路制造商加速引进新技术，以每2年一代的速度更新，紧跟在内存厂商之后。
技术进步和产品性能增强之间不寻常的强相关性，使得相当一部分系统性能和利润的控制权转至集成电路（IC）制造商中。
他们利用这种力量的新平衡，使整个半导体行业收入在此期间年均增速达到17%。
21世纪的前十年，半导体行业全新的生态环境已经形成：一是每2年更新一代的半导体技术，导致集成电路和数以百万计的晶体管得以高效率、低成本地生产，从而在一个芯片上或同一封装中，可以以较低的成本整合极为复杂的系统。
此外，封装技术的进步使得我们可以在同一封装中放置多个芯片。
这类器件被定义为系统级芯片（system on chip，SOC）和系统级封装（system in package， SIP）。
二是集成电路晶圆代工商能够重新以非常有吸引力的成本提供“新一代专用集成电路”，这催生出一个非常有利可图的行业——集成电路设计。
三是集成电路高端设备的进步带动了相邻技术领域的发展，大大降低了平板显示器、微机电系统传感器、无线电设备和无源器件等设备的成本。
以前瞻性技术预见等战略分析工具支撑关键核心技术的战略突破集成电路领域案例
12020年11月NOV .2020今日科苑MODERN SCIENCE1. 引言科技活动本质上是知识创造活动[1]。
随着科技发展方向的不确定性和复杂性日益增加，国家和地区发展均面临资源有限挑选条件下的关键技术预测、选择以及优化的问题。
运用科学的、具有广泛共识的政策支撑方法识别、遴选和规划前瞻性技术的发展、规划知识创造活动的必要性和有效性已经达成国际共识。
众多发达国家的发展经验证实：“技术预见”及“类预见”活动无疑是一种有效的政策和战略管理工具，其对政策问题识别、政策方案产生与选择、征求意见与修订政策方案的科学支撑和资源优化配置的作用不可忽视[1]。
关于技术预见在政策制定中的功能（function ），Da Costa 等[2]认为基本包含六项：① 为政策提供信息（informing policy ），旨在为政策设计和思考提供知识基础；② 促进政策实施（facilitating policy implementation ），即技术预见通过建立对当前形势和未来挑战的共识及构摘 要：本文深入分析了国际半导体技术发展路线图（ITRS ）在引领全球集成电路产业创新发展中的成功经验，旨在回答如何实现技术预见与产业战略发展和支撑政策制定过程深度融合，发挥技术预见等工具在不断修正对长期性、战略性领域未来发展趋势认识和支撑关键领域突破创新实践上的作用。
在此基础上，对我国技术预见与前瞻性技术战略布局、政策制定的趋势发展提出三个思考：一是如何在国家产业技术创新政策决策过程提升战略与系统思维；二是有效整合技术预见与其他决策咨询工具支撑政策全过程；三是以技术预见为核心，构建政府产业技术创新决策咨询分布式网络体系。
关键字：前瞻性技术，技术预见，战略管理，集成电路以前瞻性技术预见等战略分析工具支撑关键核心技术的战略突破：集成电路领域案例余 江1,2，管开轩1,2*，张 越1,2，宋昱晓1,3,4（1 中国科学院科技战略咨询研究院，北京 100190；2 中国科学院大学公共政策与管理学院，北京 100049；3 中国科学院大学 中丹学院，北京 100049；4 中国-丹麦科研教育中心，北京 100049）作者简介：余 江，男，博士，教授，研究员，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院大学公共政策与管理 学院，博士生导师，研究方向为国家科技政策、新兴技术与产业化、产业创新管理与竞争战略。
后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
超越“摩尔定律”的提出 “超越摩尔定律”（More than Moore） 2005 年国际半导体技术路线图（ITRS）提出
后摩尔时代发展方向
发展方向之一-新材料 可替代硅的材料 要求：计算速度不亚于硅，但发热量要显著低于硅，并可提供足够的电子迁移率 碳基材料：石墨烯和碳纳米管
石墨烯： 2004 年由英国曼彻斯特大学首次发现。 呈二维蜂窝网格形状，厚度只有 1 个碳原子直径大小。 具有良好的电学性能和力学性能：电阻率比硅低，电子迁移率可达光速的 1/300，比在硅中快近 100 倍。 碳纳米管： 1991 年由日本筑波 NEC 实验室首次发现。 单壁碳纳米管的载流子能力高达 109A/cm2，是铜导线的 1000 倍。 卓越的电气特性和直径仅为 1 至 2 纳米的超小体积，在极短的沟道长度内也能保持对电流的闸门控 制。 发展方向之一-新材料 碳基材料：石墨烯和碳纳米管 最大制约因素：大规模精确排列。 碳纳米管已先于石墨烯发展。 2013 年，斯坦福大学采用同硅 CMOS 完全兼容的工艺实现研制出世界首个碳纳米管场效应晶体管计算 机原型芯片，面积仅为 6.5mm2，由 178 个碳纳米管场效应晶体管构成。
后摩尔时代半导体产业发展方向及启示
概要 “摩尔定律”即将终结 ·2016 年 3 月《自然》杂志： ·受经济和技术两大因素影响，“摩尔定律”即将终结 ·2016 年 4 月，美国英特尔公司： ·无力继续遵循“摩尔定律”，特征尺寸节点的更替将由两年变为三年一代 后摩尔时代半导体产业发展方向 ·新器件 ·新集成 ·新范式 “摩尔定律”即将终结 摩尔定律 1948 年晶体管发明。 1958 年集成电路诞生。 1965 年美国英特尔公司联合创始人之一的戈登·摩尔提出“摩尔定律”。 在价格不变的情况下，集成电路上可容纳的元器件数目每隔约 18～24 个月便会增加一倍，性能也提 升一倍。 一直引领和推动着全球半导体产业的发展。
IPC国际技术路线图介绍
• 增加了 HDI 仿真器模型
– 四个仿真器平台 » Interposer » 模组 » 便携/消费类 » 工业/军事/非消费类
IPC 2008 / 2009 路线图的新内容
• 提出了元器件对PCB的影响 – 如触点凸起的倒装片基板（微柱）
• 增加了光电子基板 • 增加了嵌入技术 • IPC 标准章节更新
Chemical Industry of the Future
Held in conjunction with the
National Workshop on Process Waste ReductiTonechnology
vi a Separati on Technologies and Separati on
Lithography 光刻
Interconnect 互联
Front – End Processes 前-后端工艺 Factory Integration 工厂集成
TIME
国际化程度
ITRS – 在所有路线图中，ITRS 路线图的国际化程度最高。 在欧洲，韩国，北美和日本都有工作组，各自举行工作组 会议。
TIME
半导体工业协会 (SIA) 从1992年起发布路线图。 工作组活跃在世界各地，国际化程度最高。纵观 过去15年的历史，预测半导体工业的发展趋势。 来自于欧洲，日本，韩国，香港台湾，以及美 国的专家参与，保证了 ITRS 路线图对半导体 行业的指导作用的客观性。
ITRS, Process Layout Roadmap
“企业路线图” 则大多会指定具体的解决方案
技术路线图的种类
• 产品技术路线图 - 最常见
由产品、工艺需求驱动，受 “技术发展的推动” 或 “市场需求的拉动”
国际器件与系统路线图对半导体工厂集成标准化的启示
国际器件与系统路线图对半导体工厂集成标准化的启示发布时间：2023-02-02T09:16:14.889Z 来源：《当代电力文化》2022年18期作者：何旻哲[导读] 2022版国际器件与系统路线图中的工厂集成白皮书对半导体行业未来的工业化发展提供了标准应用建议以及标准化趋势预测何旻哲广东省标准化研究院摘要：2022版国际器件与系统路线图中的工厂集成白皮书对半导体行业未来的工业化发展提供了标准应用建议以及标准化趋势预测，对于我国的半导体标准化活动具有重要的借鉴意义。
关键词：半导体工厂集成路线图标准化1 概述国际器件与系统路线图（International Roadmap for Devices and Systems，IRDS），前身为美国半导体工业协会（SIA）联合日本、欧洲、韩国、台湾的半导体工业协会制作的国际半导体技术发展路线图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS），后于2017年由美国电气与电子工程师协会（IEEE）接手并改名。
路线图分为摘要版、详细版以及总体路线图技术特征总表，供高层决策者、企业和科研人员参考，同时在每个版本中不断引入新的章节，以更好反映技术发展新态势和行业发展新动向[1]。
路线图旨在从宏观上总结行业发展态势，并对产业链具体环节展开分析，评估和预测全球半导体工业未来15年的技术走向，为企业和学术团队的研发工作提供从战略到技术上的指导。
本文根据2022版国际器件与系统路线图的“工厂集成（Factory Integrate，FI）”章节白皮书，摘录了FI焦点工作组对半导体行业发展的标准应用建议，以及对关联领域标准化趋势的预测。
2 困难与挑战根据国际器件和系统路线图，目前到2025年为止半导体行业需要面临的挑战主要包括工厂和设备在可靠性、产能、产率和生产成本方面的要求。
其中仍需解决的问题包括：通过对法律和商业指南的标准化实现价值共享，通过各方合作（例如背景数据共享和行业专家合作）提出提高产能、产率和可靠性的实际方案，并以衍生知识产权的形式使各方受益；制定关于关键零部件供应链可追溯性的标准，从而更好地认识零件的使用寿命、适用性或稳健性；提供标准的最佳实施方案，以便于供应商根据零部件的退化特性，进一步开展故障的跟踪和预测。
2020年之后的电子学：碳基电子学的机遇和挑战
2020年之后的电子学：碳基电子学的机遇和挑战作者：彭练矛来源：《科学》2016年第02期硅基CMOS技术将在2020年达到其性能极限。
国际半导体技术路线图委员会推荐碳基纳电子学（包括碳纳米管和石墨烯）作为可能在未来5～10年显现商业价值的下一代电子技术。
本文将对碳纳米管电子学的优势进行简要的介绍，并着重对碳纳米管电子学所面临的主要挑战及解决途径进行论述。
集成电路芯片是现代信息技术的基石。
现代电子芯片组成器件中约90%源于硅基互补金属一氧化物一半导体（complementary metal oxide semicon-ductor，CMOS）器件。
经过半个世纪的快速发展，硅基CMOS技术已经走到了14纳米技术节点，即将进入10纳米节点，并将在2020年达到其性能极限。
硅基CMOS技术的局限硅基CMOS技术的核心是高性能电子型和空穴型场效应晶体管（field effect transistor，FET）的制备，以及这两种互补场效应晶体管的集成。
随着晶体管尺度的缩减，器件加工遇到越来越严重的技术障碍，最主要的问题集中于器件的加工精度和掺杂的均匀性。
随着器件尺度的不断减小，场效应晶体管的源漏电极之间载流子通道的物理长度已减至10纳米以下，这时晶体管物理尺度的不确定性将不能忽略。
同时，传统微电子器件的电学性质是通过控制向本征半导体材料的掺杂来进行调制的，当器件尺度达到纳米量级时，器件中杂质原子的数目将减少到十几或者更少，相应的统计误差将高达百分之几十。
另外，纳米尺度导电通道中高强度的电场很容易诱发杂质原子的迁移，严重影响场效应晶体管电学性质的性能和稳定性。
目前，关于纳米尺度硅基场效应晶体管已有许多报道，但是制备出这些小尺度的场效应晶体管并未表明纳米尺度器件的加工均匀性问题已得到解决，或者原则上可以解决。
更为重要的是，器件尺度的缩减所带来的性价比红利正迅速变薄。
随着微纳加工技术的发展，未来仍可能制备出物理尺度更小（例如5纳米）的器件，但是这些更小尺度器件的性能不一定更好，其制备成本也可能不降反升。
国际半导体技术路线图【国际半导体技术发展路线图(ITRS)XX年版综述(3)】
国际半导体技术路线图【国际半导体技术发展路线图(ITRS)XX年版综述(3)】3严峻的挑战我们将半导体技术未来面临的挑战分为“近期(从现在开始直至xx年)”和“远期(xx年以后)”两部分。
3.1 概述工业界的持续研发努力使得按比例缩小的进程重新加速并多样化。
闪存器件的按比例缩小仍然是2年一个周期,直至xx年。
MPU 则是两年半一个周期,直至xx年;而DRAM则是3年一个周期。
因此,“节点(node)”这个词不再能够对技术发展趋势进行清晰的定义。
在“工艺集成、器件和结构”一章中,我们可以看到有很多种改进MOSFET 性能的方法,我们称之为平面体MOSFET、FD-SOI MOSFET和Fin-FET 的“并行发展”。
ITRS已经开始进入新的时代,业界开始应对CMOS按比例缩小的理论极限问题。
有很多技术方面的挑战,包括图形生成、先进材料、形变工程(特别是对非平面器件结构),结的漏电、工艺控制,以及可制造性等。
这些技术挑战还包括CMOS器件和新的类型的存储器器件的SoC和SiP集成。
为了实现半导体工业的持续发展,需要面对所有这些基础性的问题。
每个国际技术工作组提出的困难和挑战收集在一起,归总成为“综述”一章中的“严峻的挑战”一节。
这一节是为了帮助读者从整体上把握重大技术问题。
这些困难和挑战分成两大类:一是提高性能;二是经济有效地进行生产。
它们也被归结在路线图的“近期(从xx年到xx年)”和“远期(从xx年到2024年)”时间框架之内。
3.2 近期的挑战3.2.1 提高性能1.逻辑器件的按比例缩小[工艺集成、器件和结构,前端工艺,建模和模拟,以及计量]平面CMOS工艺的按比例缩小将面临着显著的挑战。
按比例缩小的常规路径是通过减薄栅介质的厚度,缩短栅长,并增加沟道掺杂浓度。
这种方法可能不再满足性能和功耗所设定的应用需求。
新材料系统和新的器件架构的引入,以及连续工艺控制的改善,需要突破按比例缩小的壁垒。
等效栅氧化层厚度(EOT)的减薄将继续成为严峻的挑战,特别是对高性能和低运行功耗应用来说,更是如此,尽管高κ金属栅材料(HKMG)已经开始得到使用。
半导体论文——精选推荐
一、半导体物理发展史简介半导体物理学是研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科。
是固体物理学的一个分支。
研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。
研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等。
半导体物理学的发展不仅使人们对半导体有了深入的了解，而且由此而产生的各种半导体器件、集成电路和半导体激光器等已得到广泛的应用。
能带理论的建立为半导体物理的研究提供了理论基础，晶体管的发明激发起人们对半导体物理研究的兴趣，使得半导体物理的研究蓬勃展开，并对半导体的能带结构、各种工艺引起的半导体能带的变化、半导体载流子的平衡及输运、半导体的光电特性等作出理论解释，继而发展成为一个完整的理论体系——半导体物理学。
1947年，美国贝尔实验室发明了半导体点接触式晶体管，从而开创了人类的硅文明时代。
1、半导体的起源法拉第在1833年发现硫化银，它的电阻随着温度上升而降低。
对半导体而言，温度上升使自由载子的浓度增加，反而有助于导电，这也是半导体一个非常重要的物理性质。
1874年，德国的布劳恩注意到硫化物的电导率与所加电压的方向有关，这就是半导体的整流作用。
1906年，美国发明家匹卡发明了第一个固态电子元件：无线电波侦测器，它使用金属与硅或硫化铅相接触所产生的整流功能，来侦测无线电波。
整流理论能带理论2、电晶体的发明3、积体电路：积体电路就是把许多分立元件制作在同一个半导体晶片上所形成的电路4、超大型积体电路二、半导体和集成电路的现状及发展趋势半导体材料的发展，现状和趋势第一代的半导体材料：以硅（包括锗）材料为主元素半导体第二代半导体材料：以砷化镓（GaAs）为代表的第二代化合物半导体材料第三代半导体材料：氮化物（包括SiC、ZnO等宽禁带半导体）第三代半导体器件由于它们的独特的优点，在国防建设和国民经济上有很重要的应用，前景无限。