中国工程院院士吴汉明：硅基技术在产业上的地位，未来几十年应该仍不可撼动 “开栏的话：随着集成电路晶

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开栏的话：随着集成电路晶体管密度越来越接近物理极限，单纯依靠提高制程来提升集成电路性能变得越来越困难。围绕如何发展“后摩尔时代”的集成电路产业，全球都在积极寻找新技术、新方法和新路径。为进一步推动中国集成电路在后摩尔时代的技术创新、加速产业发展，中国半导体行业协会联合《中国电子报》推出“后摩尔时代技术演进院士谈”系列报道，将采访相关领域院士，探讨后摩尔时代半导体产业的发展方向。
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几十年来，半导体产业一直遵循摩尔定律高速发展，半导体制程节点正在逐渐向3纳米演进。但是，受技术瓶颈和研制成本剧增等因素的影响，摩尔定律正在逼近物理极限。在后摩尔时代，什么样的技术会起到关键性作用?我国又存在哪些技术壁垒亟待突破?中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明在接受采访人员专访时，分享了他的观点与思考。
采访人员：当前，人们不太可能仅通过CMOS晶体管微缩推动半导体技术发展。随着后摩尔时代的到来，您认为延续摩尔定律的技术主要有哪些？
吴汉明：摩尔定律是平面特征尺寸缩微发展技术的节奏，随着这个节奏趋于缓慢，呈现泛摩尔（MorethanMoore）技术路线的后摩尔时代就来临了。后摩尔时代具备以下五个特点：一是技术方向依然还在探索；二是不仅仅刻意追求特征线宽；三是应用范围宽，可上天可入地；四是市场碎片化，没有明显垄断；五是研发经费相对低廉。
基于这五个特点，便产生了五个与之对应的泛摩尔机遇：一是宽广的技术创新空间；二是设备价格低，技术发展条件不苛刻；三是市场空间极大，投入收回的难度低；四是有利于创新型中小企业的成长，在科创板支持下容易在市场中生存下来；五是产品研发容易启动，对于研发团队的技术水平和科研经费方面的要求不高。这些机遇如果把握得好，就可以有效缩小与世界产业技术水平的差距。
在与许居衍院士讨论过后，商讨出了后摩尔时代四个技术的主要发展方向：一是“硅-冯”范式。具体为二进制基础的MOSFET、CMOS(平面)和泛CMOS（立体栅FinFET、纳米线环栅NWFET、碳纳米管CNTFET等技术），这是目前产业主流技术的方向。二是类硅模式。现行架构下NCFET(负电容)、TFET(隧穿)、相变FET、SET(单电子)等电荷变换的非CMOS技术。这是延续摩尔定律的主要技术路线。三是类脑模式。 3D封装模拟神经元特性、存算一体等计算，具有并行性、低功耗的特点，这将是人工智能的主要途径，有很好的产业前景。四是新兴范式。具体为状态变换(信息强相关电子态/自旋取向)、新器件技术(自旋器件/量子)和新兴架构(量子计算/神经形态计算) 。这项技术属于基础研究范畴，规模产业化应用应该在至少十年之后。
采访人员：随着后摩尔时代的到来，刻蚀工艺有哪些新的技术趋势？在半导体工艺技术演进中发挥了怎样的作用？
吴汉明：等离子体刻蚀是整个工艺流程最具挑战性的技术之一。这是因为刻蚀工艺中涉及的问题是多学科交叉的领域，包括力学、物理、化学、数学、材料和系统控制等。
目前的等离子体刻蚀技术朝两个大方向发展，首先是软刻蚀（SoftEtch），追求高选择率、各向同性刻蚀、低损伤等，主要针对逻辑器件；另一种是硬刻蚀（HardEtch），追求高深宽比的刻蚀能力和刻蚀形貌，主要针对存储器。原子层刻蚀（ALE）技术是软刻蚀有前景的技术选项之一，基本可以达到刻蚀工艺中的无损伤要求，但主要存在的问题是工艺产出率较慢，该技术目前正处于商业化的前期，值得关注。