中科院院士、上海交大党委常委、副校长毛军发
一、异质集成电路背景与意义。
我们都很清楚芯片现在有两条紧张发展路线：一是延续摩尔定律；二是绕道摩尔定律。大家很清楚摩尔定律，现在面临一些寻衅，一是物理极限寻衅，二是技能手段寻衅，三是经济本钱寻衅，光算经济账都不得了。绕道摩尔定律有很多路子，吴院士会专门先容。路子之一便是异质集成电路。
什么是异质集成电路？
我们都清楚有两类紧张的半导体材料：一类因此硅为代表的元素半导体；第二类因此生化钾等为代表的化合物半导体。这两类半导体各有优缺陷，从材料到电路优点很突出，缺陷也很突出。现状是一些繁芜的电子系统比如图所示前真个电子系统用任何单一的半导体工艺都比较难的完美实现，有些部件用硅石墨芯片，有些部件更适宜用氮化镓芯片，以是我们自然想到有没有一种办法把不同节点的半导体材料工艺结合起来。本日要讲的异质继续就具有这个功能。
所谓半导体异质集成电路：将不同工艺节点的化合物半导体高性能器件或芯片、硅基低本钱高集成器件成芯片（都含光电子器件或芯片），与无源元件或天线，通过异质键合成或外研成长等办法集成而实现的。
异质继续特色很突出：一是可以领悟不同半导体材料、工艺、构造和元器件或芯片的优点；二是采取系统设计理念；三是运用前辈技能比如IP和小芯片，chiplet；具有2.5维或3维高密度构造。正由于这些特色，以是优点很突出：实现强大的繁芜功能、精良的综合性能，打破单一半导体工艺的性能极限；二是灵巧性大、可靠性高、研发周期短；三是是3维集成以是可以实现小型化轻质化；对半导体设备哀求相比拟较低，不受EUV光刻机限定。正由于这些优点超越摩尔定律的主要路线之一。
在半导体异质集成电路中有分外的集成电路叫毫米波异质集成电路。我们很清楚，毫米波是从30个G到300个G的频段波段，带宽很宽，而且器件小型化，以是也是国际上半导体异质集成电路发展的重点方向。它有三个分外缘故原由，对异质集成电路需求更加急迫：一是知足很多需求从5G、6G到航天导航到无人驾驶到智能装备到物联网都须要毫米波技能；二是毫米波系统每每包括数字电路、仿照电路、射频微波电路，以是对付异质集成更加急迫；三是毫米波异质所面临的寻衅和问题更为严厉和繁芜。由于频率高具有分布式参数，从“路”向场演化；模块之间的间距只有微秒量级、耦合紧密，造成设计工艺更加繁芜。
研究半导体异质继续的科学意义也是很显著的。可以通过集成电路从目前单一同质工艺向多种异质工艺集成方向发展，从目前二维平面集成向三维立集成方向发展，从TOP-DOWN到BOTTOM-UP发展，这便是它的意义与代价，可以实现高性能的繁芜系统。它的代价首先是电子系统集成技能发展的新路子；其次是后摩尔时期集成电路发展新方向；末了也是我们国家半导体集成电路变道超车发展的新机遇。
二、半导体异质集成的现状与问题
国际上从EDA工具到工艺到芯片都有一些研究根本和进展。从工具来讲，NAGS开拓了当前异质集成最前辈的工艺，这些工艺的功能包括版图设计、电路综合剖析，而且是与业界的标准工艺是兼容的。
从工艺来讲目前有四种主流的半导体异质集成工艺，最前辈也是难度最大的是异质外延成长工艺。它是芯片的异步集成半导体技能，后面三种包括异质外延转移、小芯片组装和异质兼容是小系统级的集成，各有优点和缺陷。
异剂集成电路样品研究发展也有很多进展。比如美国DRAPA的SMART项目中，研制出44G的毫米波雷达系统，总厚度10mm，功能密度比较于传统提高了2个数量级。
小芯片也有很多进展，不管是互联还是多种形式。右上角是英特尔在去年IEDM主要的半导体国际会议之一发布他们三维异质集成的产品，右下角是三星公司在同样的会议上发布他们的三维异质集成的样品。台积电因此代工著称，但是近几年高度重视芯片的封装集成的技能，而且出发点非常高，比如他们用最前辈的3Dfabric制作出三维对立的芯片，达到12层。右下角是台积电用于智好手机的3Dsystem。
如果要说发展趋势，我想它和芯片类似，芯片有一个摩尔定律，封装集成有一个别系集成定律，指的是繁芜电子系统中能够集成的芯片数量、元器件数量也是每18个月或者2年翻一番，功能提高一倍，本钱低落一半。红颜色的曲线便是系统集成的曲线，更加陡峭。根据芯片发展路线以前叫国际半导体发展蓝图干系的异质集成发展蓝图，而ITRS停滞发布了。总体趋势也是集成度事情速率不断提高，特殊是电子光电、机器一体化集成，这也是主要的发展趋势。这样就带来三大紧张寻衅：多物理调控；多性能协同（旗子暗记、电源完全性，热、力）；多材质领悟（半导体硅、化合物半导体、金属、玻璃等等）。
这三个寻衅就会引起四个紧张的关键科技问题：一是办理半导体异剂集成电路跨尺度多物理场紧密耦合；二是多性能、多功能协同机制，电特性、应力特性、热特性每每是相互抵牾的，功能也须要协同；三是由于不同的材料晶格、膨胀系数差异，需建立异质界面动力学，认识扩散、成核、粘合机理，通过界面调控领悟，实现高可靠异质集成。异质集成受制于电热、应力多物理特性，我们要认识它们之间的内在关系，从而实现半导体工艺量化设计与掌握。目前的工艺紧张是一些定性剖析和量化，我们希望能够从定性走向定量，这也是一个飞跃。
第四个科技问题是异质集成电路可测性事理。由于是三维高密度集成，探测点很少，频率比较较的话耦合效应很严重，为测试带来寻衅，因此我们要节制可测性事理建立物理特性可测试的充分和必要寻衅。
针对这四个问题我们提出总体研究思路。冲破集成电路传统“路”的思路，我们向场的演化，场的结合，进行多学科交叉，包括电子科学与技能、物理学特殊是人工智能对电路的设计，须要力学、化学、材料等等多学科交叉开展研究。
三、成果与展望
未来10年研究目标，包括把光电子和电子集成在一起，这个难度更大，我们也希望能够打破异质成长工艺，把软件完备商业化。
总结
摩尔定律正面临严厉寻衅，这也是一个迁移转变点，也是一个机遇。
来源：与非网
