“明日芯片”的新材料、新封裝

　　過去十年，「摩爾定律」即將告終的警訊不斷被提及。但是麻省理工學(xué)院(MIT)的新興技術(shù)大會(Emerging Technologies Conference)的研究人員最近表示，摩爾定律的告終或許會比預(yù)期更快，因為CMOS的升級已經(jīng)越來越不容易與摩爾定律平衡了。摩爾定律或許在最近十年就會不敷使用，而這會引導(dǎo)他們?nèi)ラ_發(fā)新材料與封裝方式。

　　“即使我們可以繼續(xù)維持摩爾定律，但如果我們不關(guān)心，效能可能會開始降低?！盜BM研究部門資深經(jīng)理David Seeger于會議中以“明日芯片”為題的演講中如此告訴與會的研究人員與商業(yè)人士。Seeger相信，增進芯片效能的關(guān)鍵在于封裝，特別是3D整合，以及芯片中所增加的核心數(shù)量。多核心設(shè)計可以增加兩倍甚至到三倍的效能，并且解決內(nèi)存限制的頻寬等問題。

　　3D封裝不是新議題：芯片堆棧已被用于手機技術(shù)上，但是有一些互連與效能還是受限。Seeger正為高效能微芯片研究硅貫通電極(through-silicon vias, TSV)3D封裝技術(shù)，預(yù)期未來五年內(nèi)可以看到成果。TSV宣稱可以縮短數(shù)據(jù)傳輸距離達一千倍。

　　3D堆棧技術(shù)

　　IBM已經(jīng)為無

　　線通訊整合了低階的TSV芯片在無線局域網(wǎng)絡(luò)和手機應(yīng)用的功率放大器。其它的芯片制造商也在追求3D堆棧技術(shù)。在稍早所舉行的國際電子組件大會(International Electron Devices Meeting)中，比利時的一家奈米電子與奈米技術(shù)獨立研究中心IMEC，該公司描述他們?nèi)绾味褩Ｅc連接一個極薄的大容量硅芯片，其中還包含了TSV，由直接銅對銅的熱壓縮結(jié)合所完成的功能性TSV 3D鏈。另外，NEC電子、Elpida內(nèi)存以及Oki電子公司也示范了使用TSV的新的3D高效能DRAM封裝。

　　整合光子

　　Intel公司的光技術(shù)實驗室總監(jiān)Mario Paniccia將硅視為光材料，他表示：「我們不再只著重于單核心芯片，在未來十年，芯片上將會有十到數(shù)百的核心，執(zhí)行兆位的運算工程?！顾雇磥韺懈?D堆棧技術(shù)，以及快速銅芯片對芯片F(xiàn)R4(flame resistant 4)或者彈性纜線。未來的「超級芯片」將會是只有指甲大小的尺寸、操作在1Tbps、并且有光電連結(jié)于單芯片上?！傅紫任覀冃枰C明，硅是一個很好的光電材料?！顾f。

　　過去硅的光電性能并不好，因為它既不需要發(fā)光也不能吸收光，因而用它來建立光電二極管是有困難的。Intel投入心力在增進硅的性能，期以應(yīng)用于光電上。該公司的目標是建立擁有雷射、一個調(diào)幅器與一個檢測器的單硅芯片。

　　新材料

　　Philips研發(fā)實驗中心的計劃領(lǐng)導(dǎo)人Eric Bakkers，強調(diào)了對新的有效材料的需求。其中一種可能的材料是石墨薄片(graphene)。有些材料是與效能和穩(wěn)定性做交換的，例如奈米碳管有可靠度的議題，三-五族半導(dǎo)體則有整合上的挑戰(zhàn)。

　　Philips正直接在硅上培養(yǎng)三-五族半導(dǎo)體。借著更換硅基底的某種材料，例如金或鋼，使得奈米線成長;以及加熱到攝氏400～500度，然后暴露到砷化鎵蒸氣中等方法，如此奈米線便能夠成長。