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昨天刷屏的IMEC,什么来头?

2018-10-20
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来源:内容由 公众号 半导体行业观察(ID:icbank)整理,谢谢。


昨天,一幅李克强总理在访问比利时IMEC时候,驻足端详硅晶圆的照片,在半导人的朋友圈里刷了屏。大部分人“作者”在文章中都只是阐述了这件事,然后再加上对国内集成电路现状的描述,之后加上一段为国内集成电路产业痛心疾首的评论,纯粹是为了刷屏而刷屏,但你真的知道IMEC是干嘛的吗?


在本文,我们对这个欧洲领先的研究中心进行一次深度解析。


PS:李克强总理拿的这个应该不是叫“黑胶唱片大小的芯片”,而是一个硅片。



IMEC的历史沿革


根据维基百科,IMEC全称是Interuniversity Microelectronics Centre,中文译文是校际微电子中心,而我们大多数人都将其叫做“比利时微电子研究中心”。该机构成立于1984,,是一个专注于纳米科技的世界知名研究中心,其总部位于比利时鲁汶,并在荷兰恩荷芬、台湾新竹、美国佛罗里达、印度设有研发中心,在中国和日本设有办事处。在过去的三十多年,IMEC的员工人数从最初成立时不到七十人,一跃上升到目前的4000多名。


在官网中,IMEC表示,他们是纳米电子和数字技术领域世界领先的研发和创新中心。作为公司,创业公司和学术界值得信赖的合作伙伴,IMEC在创意和激励的环境中汇集了来自世界各地的优秀人才。通过利用我们世界一流的基础设施以及众多行业中不同合作伙伴的本地和全球生态系统,加速实现互联互通,可持续发展的未来。


在IMEC看来,我们不应该低估技术的力量;,因为技术有改善生活的力量。这就是我们推动技术发展的原因。


在服务方面,你可以从IMEC获得研发和发展的合作支持,加快你的发展进度;同时你还能从IMEC获得创新服务和解决方案,发展和加速纳米创新和数字创新;他们甚至还可以为初创企业提供基金,孵化和加速新兴的创新企业。


经过几十年的发展,现在的IMEC围绕着智能移动、智能健康、智能工业、智能能源、智能城市和智能教育等几个方面,提供CMOS和超越CMOS、图像传感器、硅光子、可穿戴、太阳能、GaN、物联网传感方案、无线IoT通信、雷达感应系统、固态电池、数据科学和数据安全和生命科学等多个领域和技术的研究和创新支持。


按照中国工业和信息化部电子科学技术情报研究所胡开博和苏建南在2014年年发表的论文《比利时微电子研究中30 年发展概析及其启示》(以下简称“论文”)中所说,IMEC在过去的三十多年里,一直秉承“研究开发超前产业需求 3~10 年的微电子和信息通讯技术”的使命,逐渐发展成为一个世界领先的国际化微电子研究机构,在半导体工艺领域创造了无数个世界第一,为全球半导体产业技术开发、成果转化、人才培养作出了重要贡献。


IMEC的重要研究和成果


按照“论文”所说,IMEC的研究方向主要聚焦于七大领域,分别为半导体制造工艺、集成电路设计、新材料与器件、微系统、太阳能电池、无线通信和生物电子。在研究成果方面,也表现出色,下面我们直接摘录“论文”中的描述,让大家知道IMEC的一些研究成果,因为论文发表较早,可能当中的一些技术描述或者进展和现状可能有差距,敬请大家谅解。


(1)半导体设计制造工艺


1984 年,IMEC 选择了湿洗法和硅化物 2 个CMOS 工艺模块开展研究,随后,增加了光刻、互连等完整工艺流程所需的模块,并在 1986 年建成特征尺寸 1.25 μm、晶圆尺寸 125 mm 的 CMOS中试线。此后,IMEC 工艺研究不断进步,平均每 2 年发展一代,如,2004、2006、2008、2011 和2014 年,分别研究了 45、32、22、10 和 7 nm 工艺。


为开展工艺研究和验证,IMEC 不断升级建设中试线(也称先导工艺线),分别于 1994、1999和 2005 年,建成晶圆尺寸 150、200 和 300 mm 中试线,并且,在 2012 年开始改建用于 450 mm 晶圆的净化间,预计 2015 年完成。此外,IMEC 从 20世纪 90 年代初开始研究双极型 CMOS(BiCMOS)工艺,1995 和 2002 年在 CMOS 平台上分别实现了 0.5 μm 硅基 BiCMOS 工艺和 0.25 μm 锗硅 BiCMOS 工艺。后因产业界投资不足,到 2010年,IMEC 基本停止了 BiCMOS 的研究。在关键工艺领域,IMEC 一直攻研光刻技术瓶颈。


1997 年后,IMEC 重点研究 193 nm 浸没式光刻和极紫外线光刻,并于 2007 年最先实现 35 nm 线宽的极紫外线光刻;当前,IMEC 研究重点是 193 nm 光刻的两次图形化技术。IMEC 还引入了高介电常数金属栅、硅化物、铜、低介电常数材料等技术,用于 22 nm 及以下工艺。


在封装领域,IMEC 从 1986 年开始研究封装技术,1997 年开发出倒装芯片技术,2005 年提出三维集成电路技术路线图,并在 2008 年研制出世界首个三维集成电路。


(2)集成电路设计


IMEC 从 1986 年关注集成电路设计,研究出专用集成电路(ASIC)系统自动设计技术,1991年开始研究 ASIC 软硬协同设计和密集型系统功耗降低技术,并分别于 1996 和 2003 年实现商业化。随着集成电路集成度日益提高,IMEC 从 20 世纪 90 年代初关注系统芯片(SoC)设计,先后研究出专用指令集处理器、动态可编程嵌入式系统架构等。


(3)新材料与器件


IMEC 从 20 世纪 90 年代初开始研究电子自旋磁性半导体和铁电材料非易失性存储器,实现了多项突破性进展。随着宽禁带半导体展露巨大潜力,IMEC 从 2003 年开始研究氮化镓材料与器件,2006和 2011 年研制出世界首个 150 和 200 mm 晶圆硅上氮化镓功率器件。2012 年,IMEC 涉足有机导电材料领域,主要研究柔性发光二极管显示技术。


(4)微系统


IMEC 从 1993 年开始研究微机电系统(MEMS),主要用于红外成像阵列和生物医学传感器,但其 MEMS 工艺路线成本较高,一直未得到产业界认可,2012 年基本停止了研究。2011 年后,IMEC 开始研究集成微电子、光电子与 MEMS的微系统。


(5)太阳能电池


IMEC 分别于 1993 和 1998 年开始研究单/多晶太阳能电池和有机太阳能电池,先后建成一条硅光伏中试线和一条有机光伏中试线;2009 年进一步扩展研究范围,开展薄膜太阳能电池研究。但 IMEC 技术路线成本较高,太阳能电池研究进展缓慢。


(6)无线通信


早在 1990 年,IMEC 已开始关注无线通信技术,主要研究数字基带、射频模拟前端、模数转换器和系统集成。近年来,IMEC 在通信芯片、收发机等方面取得了多项突破性进展,促进了无线通信技术在工业无线局域网和消费电子领域的发展。此外,为实现人类随时随地获取信息,IMEC 从 2002年开始研究应用于智能环境的多模/多媒体系统及终端应用设备,2005 年后进一步研究无线自动转换器解决方案和薄片内系统技术。


(7)生物电子


IMEC 从 2002 年开始研究生物电子,主要包括人体可穿戴传感器网络、生物电子混合系统等,2012 年研究出头戴式脑电图动态监测系统。


在今年于比利时举办的IMEC技术论坛上,他们展示了很多新专案的发展近况:


  • 雷达作为监控摄影机的替代方案,在保护个人身份的前提下提供资料;


  • 三五族(III-V)制程和新电路设计的新计划,以打造更快、更高效且仍相容于CMOS制程的射频(RF)元件。该技术旨在服务从5G蜂窝式网路到太赫兹(THz)成像的广泛应用。


为了满足未来所需要的速度,RF元件必须升级到使用III-V族材料,且仍然相容于CMOS制程(source:eettaiwan)


  • 与业界伙伴合作,在当今的锂离子电池中采用硅作为阳极替代石墨,提高了50%的密度。另外,他们认为固态电池中使用锂金属将是下一个飞跃;


  • 为实现人手触摸手机显示器表面的任何部份,就可以解锁手机,且能同时包括用户心率在内的各种资料,IMEC正与合作伙伴一起,为这种显示器原型研究新型读取电路;


  • 开发了一种能以3D列印打造的塑料元件,可以提供较当今技术更高五倍的热释放效率;


  • 探索影响先进CMOS制程的各种分子级现象;


  • 使用电脑产生的影像和全息编解码器打造数位全息图的最新进展;


由上可以看到,IMEC一直走在产业的前沿。


转化成果,

实现技术的最大价值


在研究了这么多技术之后,IMEC通过转化,实现其最大的价值。


从“论文”的介绍中我们可以看到,IMEC 研究成果大多属于战略性先导技术,通常以此为基础组建产业联合项目。即使有成果可以商业化时,IMEC 也坚决通过技术转让或孵化子公司的方式将其剥离,以避免与合作伙伴或客户产生商业竞争。


对于与产业联合项目无关或者市场已有的成熟技术,IMEC 通常将其转让给外部公司,包括工艺步骤、模块,甚至全套标准工艺。IMEC 技术转让的核心是“Know-how”的转移,在提供相关技术文档的同时,也提供相应的研发报告和培训,以帮助受让方真正掌握和有效使用 IMEC 技术。


IMEC 成功转让过多种技术,包括晶圆干法清洗工艺、深亚微米 CMOS 工艺,硅上氮化镓技术、亚微米微机电系统制造、嵌入式系统架构、可靠性测试等,受让国主要是亚洲国家,如,IMEC 曾将 0.35 μm 成套工艺转让给以色列 Tower 公司,将0.13 μm 成套工艺转让给马来西亚 Silterra 公司。


另外,IMEC将部分成果通过孵化公司的方式实现商业化,每年至少成立 1 家子公司。对于具有应用价值但没有外部公司引入的技术,IMEC 在充分可行性论证的基础上一般采用这种方式将其商业化。IMEC 通常将部分相关人员分离出去,并且将相关技术以一次性买断的方式转让给子公司,以换取子公司 5%~15% 的股权,由 IMEC成立的股权公司统一管理;同时,IMEC 还对孵化的子公司提供种子资金和基础设施。


正是在IMEC这类研究中心的的研究和合作模式的推动下,我们整个科技社会才能发展得那么快。另外,你觉得李克强总理昨天提了的五个问题是什么问题?欢迎有创意的回复,谢谢!


声明:文章大部分内容摘录自中国工业和信息化部电子科学技术情报研究所胡开博和苏建南在2014年发表的论文《比利时微电子研究中30 年发展概析及其启示》,版权归属作者所有,特此感谢。


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1742期内容,欢迎关注。


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