“明日芯片”的新材料、新封裝

　　過(guò)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(huì )(Emerging Technologies Conference)的研究人員最近表示，摩爾定律的告終或許會(huì )比預期更快，因為CMOS的升級已經(jīng)越來(lái)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(huì )不敷使用，而這會(huì )引導他們去開(kāi)發(fā)新材料與封裝方式。

　　“即使我們可以繼續維持摩爾定律，但如果我們不關(guān)心，效能可能會(huì )開(kāi)始降低?！盜BM研究部門(mén)資深經(jīng)理David Seeger于會(huì )議中以“明日芯片”為題的演講中如此告訴與會(huì )的研究人員與商業(yè)人士。Seeger相信，增進(jìn)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量。多核心設計可以增加兩倍甚至到三倍的效能，并且解決內存限制的頻寬等問(wèn)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)，預期未來(lái)五年內可以看到成果。TSV宣稱(chēng)可以縮短數據傳輸距離達一千倍。

　　3D堆棧技術(shù)

　　IBM已經(jīng)為無(wú)

　　線(xiàn)通訊整合了低階的TSV芯片在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )和手機應用的功率放大器。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(huì )(International Electron Devices Meeting)中，比利時(shí)的一家奈米電子與奈米技術(shù)獨立研究中心IMEC，該公司描述他們如何堆棧與連接一個(gè)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合所完成的功能性TSV 3D鏈。另外，NEC電子、Elpida內存以及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(shí)驗室總監Mario Paniccia將硅視為光材料，他表示：「我們不再只著(zhù)重于單核心芯片，在未來(lái)十年，芯片上將會(huì )有十到數百的核心，執行兆位的運算工程?！顾雇磥?lái)將會(huì )有更多3D堆棧技術(shù)，以及快速銅芯片對芯片FR4(flame resistant 4)或者彈性纜線(xiàn)。未來(lái)的「超級芯片」將會(huì )是只有指甲大小的尺寸、操作在1Tbps、并且有光電連結于單芯片上?！傅紫任覀冃枰C明，硅是一個(gè)很好的光電材料?！顾f(shuō)。

　　過(guò)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(lái)建立光電二極管是有困難的。Intel投入心力在增進(jìn)硅的性能，期以應用于光電上。該公司的目標是建立擁有雷射、一個(gè)調幅器與一個(gè)檢測器的單硅芯片。

　　新材料

　　Philips研發(fā)實(shí)驗中心的計劃領(lǐng)導人Eric Bakkers，強調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定性做交換的，例如奈米碳管有可靠度的議題，三-五族半導體則有整合上的挑戰。

　　Philips正直接在硅上培養三-五族半導體。借著(zhù)更換硅基底的某種材料，例如金或鋼，使得奈米線(xiàn)成長(cháng);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(xiàn)便能夠成長(cháng)。