“明日芯片”的新材料、新封裝

2007-11-16 09:06:03来源: 半导体国际

过去十年,“摩尔定律”即将告终的警讯不断被提及。但是麻省理工学院(MIT)的新兴技术大会(Emerging Technologies Conference)的研究人员最近表示,摩尔定律的告终或许会比预期更快,因为CMOS的升级已经越来越不容易与摩尔定律平衡了。摩尔定律或许在最近十年就会不敷使用,而这会引导他们去开发新材料与封装方式。

“即使我们可以继续维持摩尔定律,但如果我们不关心,效能可能会开始降低。”IBM研究部门资深经理David Seeger于会议中以“明日芯片”为题的演讲中如此告诉与会的研究人员与商业人士。Seeger相信,增进芯片效能的关键在于封装,特别是3D整合,以及芯片中所增加的核心数量。多核心设计可以增加两倍甚至到三倍的效能,并且解决内存限制的频宽等问题。

3D封装不是新议题:芯片堆栈已被用于手机技术上,但是有一些互连与效能还是受限。Seeger正为高效能微芯片研究硅贯通电极(through-silicon vias, TSV)3D封装技术,预期未来五年内可以看到成果。TSV宣称可以缩短数据传输距离达一千倍。

3D堆栈技术

IBM已经为无线通讯整合了低阶的TSV芯片在无线局域网络和手机应用的功率放大器。其它的芯片制造商也在追求3D堆栈技术。在稍早所举行的国际电子组件大会(International Electron Devices Meeting)中,比利时的一家纳米电子与纳米技术独立研究中心IMEC,该公司描述他们如何堆栈与连接一个极薄的大容量硅芯片,其中还包含了TSV,由直接铜对铜的热压缩结合所完成的功能性TSV 3D链。另外,NEC电子、Elpida内存以及Oki电子公司也示范了使用TSV的新的3D高效能DRAM封装。

整合光子

Intel公司的光技术实验室总监Mario Paniccia将硅视为光材料,他表示:“我们不再只着重于单核心芯片,在未来十年,芯片上将会有十到数百的核心,执行兆位的运算工程。”他展望未来将会有更多3D堆栈技术,以及快速铜芯片对芯片FR4(flame resistant 4)或者弹性缆线。未来的“超级芯片”将会是只有指甲大小的尺寸、操作在1Tbps、并且有光电连结于单芯片上。“但首先我们需要证明,硅是一个很好的光电材料。”他说。

过去硅的光电性能并不好,因为它既不需要发光也不能吸收光,因而用它来建立光电二极管是有困难的。Intel投入心力在增进硅的性能,期以应用于光电上。该公司的目标是建立拥有雷射、一个调幅器与一个检测器的单硅芯片。

新材料

Philips研发实验中心的计划领导人Eric Bakkers,强调了对新的有效材料的需求。其中一种可能的材料是石墨薄片(graphene)。有些材料是与效能和稳定性做交换的,例如纳米碳管有可靠度的议题,三-五族半导体则有整合上的挑战。

Philips正直接在硅上培养三-五族半导体。借着更换硅基底的某种材料,例如金或钢,使得纳米线成长;以及加热到摄氏400~500度,然后暴露到砷化镓蒸气中等方法,如此纳米线便能够成长。

关键字:电极  内存  频宽  堆栈

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