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超越摩尔定律的微电子技术的研究探索近几年来，随着微电子技术的不断发展，人们对摩尔定律这一规律的依赖度也越来越高，然而，随着与日俱增的科技进步，摩尔定律开始显露出其局限性，推动了微电子技术的超越。
本文将重点介绍当前微电子技术的研究探索，探讨如何实现微电子技术超越摩尔定律的发展。
一、摩尔定律的局限性首先，了解摩尔定律的局限性，可以更好地理解超越摩尔定律的微电子技术的研究探索。
摩尔定律是指每隔18个月至24个月，集成电路上可容纳的元器件数量会翻倍，其表现形式为晶体管数量呈指数级增长。
但是，随着微电子技术的不断进步，摩尔定律也面临着局限性。
一方面，摩尔定律在现实生产操作中难以实现。
另一方面，随着晶体管数量的增加，芯片制造成本也相应地增加。
同时，随着芯片尺寸的缩小，存在一系列的制造工艺问题，如电子漏电、体效应等问题。
二、超越摩尔定律的微电子技术研究探索针对摩尔定律所面临的挑战和局限，微电子技术开始着力于打造能够超越摩尔定律的技术研究探索。
下面，将从三个方面介绍超越摩尔定律的微电子技术研究探索。
1、三维集成技术三维集成技术是指多层次芯片封装技术，它可以在一个芯片上叠加多层元器件，有效提高芯片的性能和密度。
与单层集成相比，它不仅可以在通道宽度方面大幅提高，而且可以集成更多的器件，从而使芯片的性能更加卓越。
同时，利用三维集成技术，可以将处理器、内存等各种组件加入同一微型器件中，进而实现硬件集成，提高计算和存储的速度，打破摩尔定律的限制。
2、新型晶体管随着计算机技术的快速发展，传统的晶体管技术已经越来越难以承载多任务处理的压力。
因此，寻找新型晶体管技术成为了目前微电子技术领域的热点研究方向。
目前，石墨烯晶体管、钨触媒晶体管、硫化镉晶体管等新型晶体管技术正在逐步发展。
这些技术都具有优秀的传输效率与运行效果，是一种有望打破摩尔定律极限的方向。
3、抗干扰技术在当前通信技术迅速发展的时代下，数字信号大多需经过媒介传递，距离越远干扰就越大。
到底什么是摩尔定律？什么是摩尔定律?想简单地去定义它是很困难的。
纵观摩尔定律的发展历程，事实也在不断地证明其正确性。
同时，未来主义者和经济学家又把它从集成电路领域应用到其他方面，例如太阳能和剃刀技术。
实际上，如果摩尔定律经不起反复不断的考验，那么人们也没有必要纪念摩尔定律五十周年。
更深层的问题是：摩尔定律到底是什么?在可接受的范围内简单地理解，摩尔定律并不属于自然规律的范畴。
就像历史学家David Brock在一本祝贺其40周年的书中写的那样：“摩尔定律不可能自发形成。
”打个比方，如果全球经济崩溃或者微处理器领域严重衰退，各个公司就不会有足够的经费和兴趣来推动摩尔定律发展。
当然，摩尔定律和自然规律之间有着千丝万缕的联系。
芯片领域所有事物的物理性状，例如硅、二氧化硅、铝、铜、光化学防腐、展开剂、电浆、酸蚀刻、光刻面具技术等，对工程师推动摩尔定律的发展至关重要。
一些作家，其中最知名是《Wired》杂志编辑Kevin Kelly，他认为摩尔定律在微电子材料领域是天生就成立的。
据此观点，我们人类促进其发展的能力微乎其微，甚至延缓它前进的脚步也是妄想。
但Brock却持反对的观点，他认为摩尔定律更像是美国国会通过的一部法律。
我们可以大致地认为，半导体工业的领头羊认同摩尔定律，或者说就是他们自己“创造”出了摩尔定律。
原因是它能协调行业内的运行机制。
这样的界定是有道理的，因为半导体制造业充满相互关联的复杂性。
每一个改变，相关企业不仅从工具到材料方面都会受到影响，而且还会对其上下游不同产业链形成震动。
正因为其复杂性，任何过程的改变必须在芯片更新换代之前就早早制定合理的计划。
这样的合作形式超越了会议室和工厂，并渐渐转移到实验室里的长期研究项目中。
从1965年起，微电子生产商内部的长期研究项目就已经逐渐减少。
事实上，摩尔不管在快捷半导体公司还是在Intel公司时，都引领着这样的趋势。
公司内部的基础研究形式受到彻底的颠覆，从理性和感性的角度分析，两家公司自主的研究室也相继被关闭。
敬请登录网站在线投稿(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2021年第5期1超越摩尔定律作者S t u a r t C o r d i n g(德国)译者君谦引言英特尔再次引起关注,其在2020年7月份的财报电话会议上告知投资者,7纳米制造工艺现在比其内部预期目标晚了12个月[1]㊂此消息一出,在消费者和金融媒体中产生了强烈反响㊂这很容易让人感到,摩尔定律永无止境的前进将是半导体行业创新的唯一途径㊂但是,没有什么比事实更现实了,正如我们看到的,半导体创新范围很广,不仅限于硅材料㊂向摩尔定律进军英特尔的联合创始人戈登㊃摩尔(G o r d o n M o o r e)提出了每个芯片的晶体管数量随时间增长的经验关系[2]㊂1965年,他预计每年增长率将翻番,并在1975年将其降低到每两年翻一番㊂实际上,他的说法更多是一种预测,但是在新兴的半导体行业中应用开来,并被称为一种定律㊂正因如此,它成为了一个应验的预言㊂可以肯定的是,当我们从大型机转移到台式机㊁笔记本电脑,再到智能手机和平板电脑时,摩尔定律为我们提供了很好的服务,从而确保了在不断缩小的塑料包装壳中拥有更丰富的内存和处理性能㊂对于处理器大型供应商(例如英特尔和AM D)㊁图形处理单元(G P U)供应商(例如N v i d i a)以及D R AM制造商(例如三星㊁美光和S K海力士),通过利用技术的前沿优势使它们在今天如虎添翼㊂但是,盲目追求摩尔定律对于半导体行业的快速发展并无多大的意义㊂那么,他们该如何创新,预期达到什么目标以及结果如何呢?全部都在封装中经常被忽略的是摩尔的 清算日 / D a y o f r e c k o n i n g 预言[3],它清楚地表明,我们应该问自己 在什么情况下 应该建造这种 塞满零件的设备 ㊂它还指出:用那些独立打包并互相连接的较小的功能模块构建大型系统可能更经济㊂从那以后,这一直是半导体行业所面临的挑战,正如摩尔(M o o r e)所预言的那样,模拟电路从光刻技术的改进中受益的程度要小于数字电路㊂例如,物理学清楚地表明:电容器的电容取决于其极板的重叠区域面积㊂D R AM行业试图解决此类问题,因为他们试图在21世纪将存储位的单元尺寸减小到100n m㊂这涉及开发具有足够电容的低泄漏电容器,与此同时,其并不需要大面积的平面型组件㊂通过使用沟槽存储或堆叠电容器进入第三维,可以将管芯的表面积与存储单元的面积分离[4]㊂因此,某些类型的应用比其他应用更适合这些制造过程㊂近年来,芯片广泛应用了这种方法㊂这种方法的假设是,某些功能(例如存储器㊁F P G A技术和模拟接口)最好在符合其需求的半导体制造工艺上制造,然后在封装阶段将硅芯片集成在一起㊂通过与封装基板相结合,将单个管芯聚集在一起以构成一个完整的器件㊂例如,可以将模拟串行器/解串器(S E R D E S)小芯片直接放置在与其相连的封装球上方㊂这可以潜在地改善电磁兼容性(E M C),并减少电路板设计人员的布局问题㊂如果在单片芯片中发现问题,将很难再进行更改㊂这种小芯片方法还可以对成本产生积极影响,因为随着晶圆尺寸的减小,每片晶圆的良率提高[5]㊂因此,与尝试生产同一产品的单片版本相比,许多较小的芯片对多芯片器件的良率产生了积极影响㊂这是英特尔采用基于S t r a t i x10芯片的体系结构[6]所采用的方法㊂因为它们的核心是F P G A㊂然后,F P G A核心的周围是D R AM小芯片㊁高速收发器或客户可能需要的任何其他功能模块㊂供应商和客户还可以从缩短的设计时间中受益,与多个复杂的模拟和数字知识产权(I P)块集成到单个制造过程相比,将多芯片设计的系统推向市场要容易得多㊂英特尔采用的一种有趣的方法是使用嵌入式多管芯互连桥(E M I B)[7]㊂这些是嵌入封装基板中的微小芯片桥,可在管芯和功率传输之间提供电信号路由㊂此外,它还被允许将以不同几何形状和不同工艺技术制造的模具包装在单个系统级封装(S i P)中㊂标准的微型凸块用于将芯片的信号连接线连接到E M I B,翻转芯片凸块用于电源连接㊂与其他多芯片2.5D封装中使用的硅通孔(T S V)相比,该方法具有更高的良率和更大的灵活性㊂唯一的办法就是拓展维度就像之前提供的D R AM示例一样,非易失性闪存行业也经历了类似的挑战:如何将更多的位封装到有限的裸片区域中㊂显然,要想装的更多,唯一的方法是进入第三2M i c r o c o n t r o l l e r s &E m b e d d e d S ys t e m s 2021年第5期w w w .m e s n e t .c o m .c n维并进行拓展㊂在最好的光刻工艺中,闪存会受到单元间噪声和干扰的影响,因此,遵循摩尔定律,使用掺杂的多晶硅平面N A N D 方法,并不能满足存储密度的预期需求㊂K i o x i a(以前是东芝)使用氮化硅的电荷陷阱单元开发了3D B i C S F l a s h (位列堆叠)N A N D 存储,然后垂直堆叠其存储位㊂如果将其可视化,最终的结构看起来很像一系列密集的办公楼㊂最新的第五代3D B i C S F l a s h 包括112层,而上一代是96层㊂在不久的将来会创建1T b(128G B )单芯片闪存[8]㊂维度拓展并不止于此㊂尽管多管芯封装并不是什么新鲜事物,但传统上它们是通过传统的焊线链接在一起的连接方式堆叠在一起的㊂这与将管芯粘结到封装引脚的方法基本相同㊂由于寄生效应,信号频率不断提升会带来相应的挑战㊂随着闪存和闪存存储(例如S S D 和嵌入式闪存)转移到具有更高带宽的接口(例如N VM e ㊁P C I e 和U F S ),这一问题急需解决㊂由于其统一的尺寸㊁制造技术和功能,T S V 允许堆叠的管芯互连并与封装的基板键合,与引线键合方法相比,数据速率提高了一倍㊂提高内存容量的最后诀窍是每个单元多存储一位㊂早期的闪存使用单级单元(S L C )架构,但此后一直在每个单元中存储2个(多级单元,M L C )或3个(三级单元,T L C )位㊂这意味着,不是将数据简单地实现为1或0的高电压或低电压,而是将4个或8个电压电平存储在每个单元格,分别代表值0到3或0到7㊂这种优势是以增加磨损为代价的,这意味着它并不适合任意一种类型的应用㊂S L C 设备或使用S L C 的分区通常保留在要求最高可靠性的应用程序部分中,例如设备的引导程序㊂转向S i C 和G a N在过去的50年中,硅已成为半导体产品的主要支柱,但人们一直在努力寻找有助于改善其某些局限性的替代品㊂在电源转换领域,涵盖电源㊁电池充电器㊁电机逆变器和太阳能逆变器,其目标是通过改进I G B T 和MO S F E T 等开关器件来提高效率㊂这使设计人员可以将更多的功率包装到更小的体积中,消除了使用风扇强制冷却的需要,并最终由于节省能耗而降低每台设备的解决方案价格,或降低了总拥有成本(T C O )的价格㊂例如,降低导通电阻(R D S (O N ))的体积可以减少开关中的损耗,从而减少需要散发的热量㊂开关频率的增加允许使用较小的磁性元件,从而导致更高功率密度更紧凑的设计㊂碳化硅(S i C )和氮化镓(G a N )所属的宽禁带(W B G )半导体比硅器件(24e V 对11.5e V )具有更高的带隙㊂对于设计师来说,这意味着可以实现更高的工作温度㊁频率和电压㊂当在最高功率密度下实现最高系统效率时,G a N 晶体管比其他替代品更具优势㊂由于具有零反向恢复(Q r r )特性,它们可以几乎无损耗地切换,因此它们具有较低的R D S (O N )电阻损耗,并且可以在较高的切换频率下工作㊂与使用最新的基于硅的设计相比,这为提高功率供给提供了一个机会,即可以提升额外的百分比效率或者使系统的功率密度加倍[9]㊂S i C MO S F E T 相对于基于硅的解决方案而言既能提高效率和功率密度,也具有更高的耐用性㊁更高的电压操作性,此外,比硅或G a N 更易于使用㊂此外,可以使用与具有S i C 器件的硅MO S F E T 相同的栅极驱动器,从而使从硅到S i C 的转换相对更简单㊂但是,应该注意的是,它们确实需要比硅MO S F E T 稍高的栅极驱动电压(18V 对15V ),才能达到其数据手册中的R D S (O N )电阻消耗值㊂S i C MO S F E T 随着温度的升高,R D S (O N )的增加量在不断变小㊂由于电源开关在约100ħ的温度下工作,因此,这意味着工作期间其损耗更低,效率更高㊂较低的Q O S S (漏极源极电荷)也意味着它们可用于硬开关连续导通模式(C C M )功率因数校正(P F C )设计中,而这是使用硅MO S F E T 无法实现的㊂它可以实现99%的P F C 效率,这是提高功率转换器设计总体效率的重要标志㊂旧技术在新时代重焕生机:虽老但是好用大多数行业似乎都经历了几十年后重新出现的周期性趋势,旧的想法被重新改造为新一代㊂乙烯基正在卷土重来,近年来推动了对唱片公司的需求,时尚行业通过改变过去的趋势来创造财富㊂半导体行业也遵循这种趋势㊂自成立以来,电机控制一直是电子行业的主要业务㊂消费类应用中的小型直流电动机已成为一项大的产业,特别是随着录像机等设备的普及㊂为确保磁带可以被接收和弹出,必须对关联的电动机进行双向控制㊂当时,该功能需要高度集成到单个设备中,从而推动了单芯片H 桥电机控制器的开发㊂T A 7291具有4个双极型晶体管,而其简单的两针接口提供了顺时针和逆时针控制,并具有制动功能,该制动功能利用电机的反电动势使电机快速减速[10]㊂该器件提供多种封装,可在4.5~20V 的电源范围内处理高达2A 的电流㊂除电机控制功能外,它还提供热关断和过流保护㊂自成立以来,随着许多应用都转向了更高效的无刷直流(B L C D )电动机㊂尽管如此,每年仍然有大量的有刷直流应用开发㊂同时,效率的重要性也在增长,这是由于对电池供电设备性能需求的增加,以期尽可能长时间地运行㊂此外,小型化已成为人们关注的重点,只有极小的封装才能集成到紧凑的电路板中㊂这种H 桥电机驱动器的最新化身是T B 67H 450F N G [11]㊂通过使用B i C D (B i po l a r ,C M O S ,D M O S )工艺,开关电阻已从4.75Ω降至仅0.6Ω㊂新的包装意味着该设备的重量大敬请登录网站在线投稿(t o u g a o.m e s n e t.c o m.c n)2021年第5期3大减轻,而且可以使用包装底部的小金属条来实现散热,而不是通过刀片从顶部伸出来散热㊂制造技术的改进还意味着可以考虑实现更强解决方案的其他额外功能㊂这样,保护功能与以前相同,但是增加了欠压锁定,同时还增加了新的恒定电流控制模式㊂该设备现在可以在高达50V的电压下运行,并且可以驱动高达3.5A的电流㊂超越光刻尽管每秒万亿次浮点运算和数以泽它字节成为消费者媒体的头条新闻,而金融投资者则将利润归结于光刻技术的进步,但这并不是半导体行业进行创新的唯一方式㊂的确,更精细的光刻技术可以制造更小的裸片,而更大的晶圆意味着每个晶圆拥有更多的裸片,这两者都可以降低技术价格㊂然而,半导体厂商的创新范围要更广㊂新的制造工艺和技术改进继续使硅MO S F E T和晶体管越来越接近完美的开关,而S i C和G a N等宽禁带器件则有潜力实现硅基材料所不能达到的目标㊂即使光刻技术保持不变,封装㊁管芯互连和小芯片方法在保持芯片创新方面也起到重要作用㊂最后,一些创新只是来自采用功能完善的产品(例如电机驱动器),并对它们进行了重新设计以应对下一个时代的挑战㊂相关链接[1]I n t e l s7n m I s B r o k e n,C o m p a n y A n n o u n c e s D e l a y U n t i l 2022,2023:h t t p s://w w w.t o m s h a r d w a r e.c o m/n e w s/i n-t e l-a n n o u n c e s-d e l a y-t o-7n m-p r o c e s s o r s-n o w-o n e-y e a r-b e h i n d-e x p ec t a t i o n s.[2]M o o r e s L a w:h t t p s://e n.w i k i p e d i a.o r g/w i k i/M o o r e% 27s_l a w.[3]C r a mm i n g M o r e C o m p o n e n t s o n t o I n t e g r a t e d C i r-c u i t s:h t t p s://h a s l e r.e c e.g a t e c h.ed u/P u b l i s he 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D产业与应用联盟秘书长关白玉㊁深圳汽车电子行业协会副秘书长吴翊等六家行业组织负责人,以及创维㊁康佳㊁天马㊁麒麟㊁飞腾㊁永达㊁优必选等40余家深圳企业参会㊂此次会议是成都圈区首次联动开展的产业生态圈发展理念和建设成效的宣传推介,旨在进一步提升成都电子信息产业的国际标识度和品牌影响力㊂值得一提的是,会议现场还发布了成都电子信息场景应用需求和公共服务平台清单102条;四海万联汽车A I o T生态集成项目㊁精密结构件及模具项目等进行了现场签约,投资额近5亿元㊂成都市经信局相关负责人在致辞中表示:成都坚持以践行新发展理念的公园城市示范区为统领,推动成渝地区双城经济圈建设;以抓好四件大事㊁实施 幸福美好生活十大工程 为抓手,统筹做好 高质量发展攻坚年 各项工作;以产业生态圈构筑城市比较优势,以产业功能区重塑产业经济地理,推动经济组织方式和城市发展方式全方位变革,优化提升14个产业生态圈,规划布局66个产业功能区,建设2800万平方米高品质科创空间㊂。
高一化学摩尔定律公式
摩尔定律是描述气体在一定条件下，压力、体积和温度之间的定量关系。
根据摩尔定律，当压力和温度保持不变时，一定量的气体的体积与其物质的摩尔数成正比。
摩尔定律可以用数学公式表示为：
V = nRT/P
其中，V表示气体的体积（单位为升），n表示气体的摩尔数，R为气体常数（8.314 J·mol-1·K-1），T表示气体的温度（单
位为开尔文），P表示气体的压力（单位为帕斯卡）。
根据摩尔定律公式，我们可以推导出以下关系式：
1. 当温度保持不变时，气体的体积与其摩尔数成正比。
2. 当物质的量和温度保持不变时，气体的体积与压力成反比。
3. 当物质的量和压力保持不变时，气体的体积与温度成正比。
摩尔定律公式的应用范围包括理想气体和高度稀薄的气体，且在相对较低的压力和温度条件下成立。
其实际适用性可能会受到气体分子之间相互作用和理想气体假设的影响。
总之，摩尔定律公式可以帮助我们计算和预测气体在不同条件下的体积变化，对于研究气体行为和进行相关实验具有重要意义。
芯片摩尔定律极限一、引言芯片摩尔定律是指每18-24个月，集成电路上可容纳的晶体管数量将翻倍，而芯片的价格将减半。
这个定律已经持续了几十年，但是随着技术的进步，它是否还能继续下去呢？二、摩尔定律的历史1. 摩尔定律的提出2. 摩尔定律的发展三、摩尔定律面临的挑战1. 物理极限2. 能源消耗3. 热量问题四、超越摩尔定律的方法1. 三维集成电路技术2. 光子计算机技术3. 量子计算机技术五、结论虽然芯片摩尔定律已经面临着诸多挑战，但是人类一直在探索超越它的方法。
未来，我们有理由相信，在科技不断进步的道路上，新一代芯片将会更加高效、节能和可靠。
二、摩尔定律的历史1. 摩尔定律的提出1965年4月19日，英特尔公司联合创始人戈登·摩尔在《电子学杂志》上发表了一篇题为《集成电路的未来》的文章。
在这篇文章中，他提出了著名的“摩尔定律”。
2. 摩尔定律的发展随着技术的进步，摩尔定律得到了验证和延伸。
从最初的每18个月翻倍，到后来变成了每24个月翻倍。
同时，芯片上可容纳的晶体管数量也从最初的几千个，增长到了现在的数十亿个。
三、摩尔定律面临的挑战1. 物理极限随着晶体管数量不断增加，芯片上元器件之间的距离也越来越小。
当距离缩小到一定程度时，量子效应就会产生影响。
这将导致信号传输速度变慢、能量消耗增加等问题。
2. 能源消耗随着芯片电路规模不断扩大，其能源消耗也逐渐增加。
这将导致芯片工作温度升高、寿命缩短等问题。
3. 热量问题由于能源消耗和晶体管数量不断增加，芯片产生的热量也越来越多。
如果不能及时散热，将会导致芯片损坏。
四、超越摩尔定律的方法1. 三维集成电路技术三维集成电路技术是指在同一芯片内部，将电路层叠起来，从而提高芯片的密度。
这种技术可以大幅度提高芯片性能，并减少能源消耗。
2. 光子计算机技术光子计算机技术是指利用光子代替传统的电子进行信息处理。
这种技术可以大幅度提高数据传输速度，并减少能源消耗。
