經過十余年的發(fā)展,當前我國集成電路產業(yè)銷售收入從2001年的199億元,提高到2011年的1572億元,占全球集成電路市場的比重提高到9.8%、銷售收入年均增長23.7%。
1、碳納米管薄膜晶體管研究取得進展
半導體碳納米管與其他半導體材料相比不僅尺寸小、電學性能優(yōu)異、物理和化學性質穩(wěn)定性好,而且碳納米管構建的晶體管等電子元件具有發(fā)熱量更少以及運行頻率更高等優(yōu)點,同時碳納米管容易實現(xiàn)溶液化,分離純化后的半導體碳納米管印刷墨水能夠構建出高性能的印刷碳納米管薄膜晶體管器件,因此半導體碳納米管被認為是構建高性能可印刷薄膜晶體管器件最理想的半導體材料之一。
中科院蘇州納米所印刷電子研究中心在原有工作基礎上通過化學方法和聚合物選擇性包覆方法開發(fā)出多種高效選擇性分離半導體碳納米管方法,并通過現(xiàn)代印刷技術構建出性能優(yōu)越的碳納米管薄膜晶體管器件(如遷移率和開關比分別可以達到40cm2/Vs和107)、全印刷柔性薄膜晶體管器件、反相器等簡單邏輯電路。這為碳納米管印刷薄膜晶體管器件在LED、OLED驅動顯示等領域的應用打下了堅實的基礎。
2、科學家研制成功高性能氮化鎵晶體管
晶體管主要由硅制成,用在高電壓電路中,其作用是計算以及增強電子射頻信號。瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等工學院(ETH)的科倫坡·博羅內斯說:“硅是上帝賜予工程師們的禮物。硅不僅是做基座,也是做半導體和芯片的基本材料。”
然而,硅也有缺陷。當溫度超過200攝氏度后,硅基設備開始出故障。氮化鎵晶體管能應對1000攝氏度以上的高溫;其能應對的電場強度也是硅的50多倍,這使科學家們可用氮化鎵制造出更快的電子線路。博羅內斯說:“這一點對于通訊來說尤為重要,因為工程師們能借此更快更有效地處理信息。”
半浮柵晶體管在存儲和圖像傳感等領域的潛在應用市場規(guī)模可達到300億美元以上。而且,半浮柵晶體管兼容現(xiàn)有主流硅集成電路制造工藝,并不需要對現(xiàn)有集成電路制造工藝進行很大的改動,具有很好的產業(yè)化基礎。
但科學家們一直認為氮化鎵技術太過昂貴,不能取代硅技術。不過,最近工程師們開始利用氮化鎵在構建動力電子設備方面的優(yōu)勢,希冀研發(fā)出更快、更耐熱、能效更高的晶體管。
另外,氮化鎵具有良好的耐熱性能,因此由其制成的動力電子設備幾乎不需要冷卻。博羅內斯表示,如果移動通訊基站配備氮化鎵晶體管,運營商將不再需要高能耗的冷卻系統(tǒng)。照明能耗約占全球能耗的20%,用氮化鎵制成的一個5瓦的燈泡與傳統(tǒng)60瓦的白熾燈一樣明亮,因此,氮化鎵有助于為照明領域節(jié)省大量能源。
3、應避免被國外趕超
盡管我國在自主知識產權集成電路技術上取得了長足進步,但集成電路的核心技術基本上依然由國外公司擁有,集成電路產業(yè)也主要依靠引進和吸收國外成熟的技術,在微電子核心器件及集成工藝上缺乏核心技術。為此,作為一種新型的微電子基礎器件,復旦大學半浮柵晶體管的橫空出世將有助于我國掌握集成電路的核心技術,從而在國際芯片設計與制造上逐漸獲得更多話語權。
希望能布局得更快一點,避免被國外的大公司趕超。實際上,國外大公司擁有資金和人才優(yōu)勢,可以大規(guī)模申請專利,與之對比,張衛(wèi)課題組明顯“勢單力薄”。他表示,目前的半浮柵晶體管是在較大工藝技術節(jié)點上實現(xiàn)的,主要是為了驗證器件性能。未來研究工作主要集中于器件性能的優(yōu)化和進一步提升,相關應用的電路設計和關鍵IP技術,以及技術節(jié)點縮小帶來的一系列工藝問題等。