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《解放日报》:上海科学家晶体管研究获得重大突破 “中国原创”产业化,十万火急
发表时间:2013-08-15 阅读次数:2445次

                                                                                                       来源:《解放日报》2013.8.12    发布时间:2013-08-12

        原创性成果:半浮栅晶体管

        常用于电脑高速缓存的静态随机存储器,传统上需要6个浮栅结构晶体管才能构成一个存储单元,若采用这一新技术,一个存储单元只需1个半浮栅晶体管,缓存的集成度较前者提高近10倍。

        本报讯 (记者彭德倩 实习生周扬清)拨打手机沟通你我,电脑联网畅游世界,轻触屏幕尽享影音……这一切都离不开集成电路芯片的核心作用。小小晶体管作为芯片基础器件之一,其结构功能直接影响着芯片功效,也因此被称为“信息时代之砖”。近日,上海科学家首次提出并实现了半浮栅晶体管这一全新结构的微电子器件,未来,这一原创性成果可能给世界芯片制造业带来重大影响。

        8月9日出版的《科学》杂志刊发了复旦微电子学院张卫团队的论文,这是我国科学家在这一顶级学术期刊上发表的第一篇微电子器件领域的原创性成果。

        当代集成电路技术的发展主要是基于 “摩尔定律”:芯片上晶体管特征尺寸不断缩小,数量每隔18个月便可增加一倍,芯片性能不断提升。在过去的几十年里,各国科学家全力以赴,将更多晶体管集成到一块更小的芯片上。目前一块市售22纳米芯片上已包含十亿个晶体管,但这仍不能满足需求。此前业界曾有预言,晶体管能否继续“缩小”,已成为芯片产业发展的瓶颈所在,若不能有所突破,“摩尔定律”或将走到尽头。对此,各方研究力量争相攻关,如探索将碳纳米管、石墨烯等新材料应用到晶体管中。

        既然“变小”越来越难,何不从结构上“另起炉灶”?张卫教授带领的团队选择了另一条路。目前已有的晶体管结构包括浮栅结构、隧穿结构、超结结构等,应用范围各有不同,2009年起,复旦大学的研究人员充满想象力地将隧穿结构与浮栅结构器件融合设计,构成了一种全新的“半浮栅”结构的器件。

        研究表明,这一新型晶体管具有功耗低、集成密度高等特点。若能成功应用于芯片设计制造,在存储及图像传感领域将拥有巨大潜在市场。举例来说,常用于电脑高速缓存的静态随机存储器,传统上需要6个浮栅结构晶体管才能构成一个存储单元,若采用复旦大学发明的技术,一个存储单元只需1个半浮栅晶体管,缓存的集成度较前者提高近10倍,且存储速度不降,功耗更低,为集成电路设计赢得更大的物理和成本空间。

        据了解,提出并实现全新结构后,团队针对该器件的优化和外部电路设计工作已经启动,为这一核心技术的推广和产业化做准备。

        可以预计,晶体管结构的重大创新,有助我国相关产业赢得更多话语权。然而从眼前的“科研论文阶段”,到投入生产逐步建立核心技术优势,究竟有多远的距离?团队负责人张卫看来,这产业化的“最后一步”,虽仅“一步”之遥,却已十万火急。

        内需:亟待从产业链末端向上爬

        当前,世界最先进的集成电路的量产技术已发展到22纳米技术节点,尽管我国在自主知识产权集成电路技术上取得了长足进步,但在存储、图像传感等核心技术基本上被美光、三星、英特尔、索尼等国外企业控制,国内厂商主要是在引进吸收的基础上进行产品开发。

        一位业内人士曾坦言,最先进的技术是买不来的,国外厂商往往会以高价将落后一到两代的技术卖给中国企业。如在市场上推出65纳米芯片后,便转让出90纳米芯片的制造工艺,虽然90纳米芯片仍有一定市场,但中国企业始终处于产业链末端,只能抓住“市场的尾巴”,不仅难以盈利,而且长期“喂养”下自身创新能力也难以提振。

        复旦大学的研究人员希望,新型的晶体管能够早日应用于芯片设计制造,如此,国内存储、图像传感领域相关企业可以凭借技术优势重入战场,甚至取得市场领跑位置。值得一提的是,在研究团队的努力下,半浮栅晶体管兼容现有主流硅集成电路制造工艺。换句话说,若开发出芯片设计产品,制造企业无需更改原有生产设备即可加工制造。

        外患:大鳄加速抢占新市场

        调查显示,去年集成电路产业中仅半导体圆晶代工市场总值就达346亿美元,较前一年增长16.2%。终端电子市场的巨大需求,为集成电路芯片产业带来高额利润,令全球业界大鳄在技术创新和信息掌握方面更加不遗余力。在DRAM市场上,全球仅剩下三家主要供应商——三星、SK海力士和美光,其中三星的市场份额占全球DRAM市场超过40%。

        产业化的根本就是要有自己的品牌产品,“目前,我们国家的集成电路技术上跟国际领先水平还有不小的距离。”张卫教授说,而技术基础薄弱、投入较少以及高端人才缺乏是其主要原因。他表示,“我们希望能够尽快与设计生产公司对接,设计公司出产品、制造企业生产、研究团队提供技术支持,只有三方紧密合作才能加速推进半浮栅晶体管技术的产业化。”

        据了解,目前仅在上海,就有展讯、华为海思等优秀芯片设计生产厂商有实力参与合作,若携手合作,有望共筑全新技术为核心的产品高地。

        隐忧:急需专利群防“地雷阵”

        拥有核心技术专利,顺利进入产业化阶段,是否就能与“广阔市场、巨大利润”画等号?答案是否定的。

        当前,在一些技术创新集聚的新兴产业,在非自身的重大科研技术外围设置“专利地雷阵”,已成海外巨头保持技术优势的重要策略之一。所谓“专利地雷阵”,指在非自身的核心技术的外围技术,以及形成最终产品的各个技术环节中申请大量专利。这些专利可能无法为企业自身直接带来利润,但却成为核心技术拥有方及下游厂商绕不开的障碍,为其自身技术、产品赢得市场;与之相对,核心技术拥有方也可提早布局,设置“地雷阵”防患未然。近年来,我国LED灯生产企业就曾因未能有效规避,直接导致一些依靠核心技术生产出来的产品在国际市场上无法销售,陷入困境。

         在集成电路领域,同样有此隐忧。国外大公司拥有资金和人才优势,与之对比,仅靠高校科研团体明显“势单力薄”。专家建议,为了尽快占有未来市场先机,我国科研机构和企业需要快速构建一个以半浮栅晶体管为核心技术的专利群。张教授恳切希望能获得更多支持,与企业共同谋划的同时,加快专利申请审批流程。

 

 

《解放日报》      (2013-8-12  头条)         链接下载/userfiles/files/解放日报 头条.jpg

《解放日报》      (2013-8-12  第2版)       链接下载/userfiles/files/解放日报 2版.jpg

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