中科院院士毛發(fā)軍：異質(zhì)集成電路是我國集成電路產(chǎn)業(yè)變道超車的新機遇

6月9日消息（樂思）在今日召開的“2021世界半導(dǎo)體大會暨南京國際半導(dǎo)體展覽會”上，中國科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)黨委常委、副校長毛發(fā)軍發(fā)表了主題為《半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路》的演講。

在演講中，他指出，如今，摩爾定律面臨極限挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)折點臨近，半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路將為我國集成電路變道超車發(fā)展提供歷史機遇。

集成電路是我國重大戰(zhàn)略需求，其不僅是是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的命脈，國防電子裝備的靈魂，也是我國科技規(guī)劃的重點，如今也成為了國際科技競爭的焦點。

毛發(fā)軍指出，我國集成電路產(chǎn)業(yè)面臨“卡脖子”的痛點。一方面中國花費巨資進口。數(shù)據(jù)顯示，2020年中國進口集成電路價值3500億美元（同年進口石油1760億美元），高端芯片基本依賴進口。另一方面，集成電路有錢也買不到。2020年5月，美國商務(wù)部宣布全面限制華為購買美國軟件和技術(shù)生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)品。2021年4月，美國商務(wù)部建議對14nm以下所有中國芯片公司出口管制。

眾所周知，集成電路是一個國家綜合科技實力乃至綜合國力的反映。毛發(fā)軍認為，我國集成電路產(chǎn)業(yè)落后的原因復(fù)雜，外在因素是先進技術(shù)受到西方封鎖，內(nèi)在原因是我國集成電路產(chǎn)業(yè)瞻前顧后，導(dǎo)致產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)。

其中EDA落后的原因有兩點，首先是研究算法的較多，但很零散，沒有規(guī)劃、集成，沒有形成能力。其次，大型軟件工程能力較弱，經(jīng)驗較少，用戶不愿意用國產(chǎn)軟件工具，惡性循環(huán)。裝備落后的原因是整體能力和市場環(huán)境等多方面因素。器材與電路落后的原因是材料落后，工藝的精細度、穩(wěn)定性不足，缺乏工匠精神和工藝大師。

據(jù)介紹，目前，集成電路的發(fā)展方向主要有兩個，一是繼續(xù)延續(xù)摩爾定律；二是繞道摩爾定律。這兩條道路都面臨挑戰(zhàn)，前者面臨物理原理極限，技術(shù)手段極限以及經(jīng)濟成本極限。后者要朝著異質(zhì)集成電路方向發(fā)展。

“集成電路有兩類材料，元素半導(dǎo)體和化合物半導(dǎo)體材料，這兩類各有優(yōu)缺點。如何將兩者的優(yōu)點結(jié)合起來？只有異質(zhì)集成電路才能做到。” 毛發(fā)軍指出。

所謂半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路指的是將不同的工藝節(jié)點的化合物半導(dǎo)體高性能器件或芯片、硅基低成本高集成度期間或芯片（都含光電子器件或芯片），與有源元件或天線、通過異質(zhì)鍵合或外延生長等方式集成而實現(xiàn)的集成電路或系統(tǒng)。

他表示，半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路的特色是融合不同半導(dǎo)體材料、工藝、結(jié)構(gòu)元器件或芯片的優(yōu)點；采用系統(tǒng)設(shè)計理念；采用小芯片、集成無源器件等新技術(shù)；2.5維或3維高密度結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點也非常突出，能實現(xiàn)強大的復(fù)雜功能、優(yōu)異的綜合性能；靈活性大、可靠性強、研發(fā)周期短，成本低。小型化輕量化；不受EUV光刻機限制。

如今，毫米波異質(zhì)集成電路是發(fā)展的重點，毫米波異質(zhì)集成電路是工作在毫米波段的異質(zhì)集成電路。它能滿足國家發(fā)展重大需求；毫米波電子系統(tǒng)對異質(zhì)集成的需求非常迫切，毫米波電子系統(tǒng)往往需要天線、數(shù)字、模擬、毫米波元器件與電路的組合，優(yōu)勢工藝各異。

然而，它面臨的挑戰(zhàn)和問題更為嚴峻和復(fù)雜。一是分布參數(shù)，本質(zhì)從“路”向場演變，設(shè)計更加困難。二是波長短，間距小，集成度高，對工藝要求更加精細。三是電磁寄生效應(yīng)，耦合緊密，測試更加復(fù)雜。

毛發(fā)軍表示，總而言之，半導(dǎo)體異質(zhì)集成電路突破了單一工藝集成電路的功能、性能極限，實現(xiàn)高性能復(fù)雜電子系統(tǒng)，非常具有研究價值。它是電子系統(tǒng)集成技術(shù)發(fā)展的新途徑，也是后摩爾時代集成電路發(fā)展的新方向，更是集成電路變道超車的新機遇。

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