「后摩爾時代」微納電子學

總序 i
摘要 v
Abstract ix

第一章 緒論 1
第一節 微納電子學科的科學意義與戰略價值 1
一、科學發展的歷史軌跡 1
二、資訊的市場需求與技術推動 13
三、微納電子學科的戰略價值 31
第二節 微納電子學科的發展規律和特點 36
一、微納電子學科的發展 36
二、微納電子技術產業鏈的發展 46
第三節 我國微納電子學科的發展 64
一、20世紀我國微納電子學科的發展 64
二、21世紀我國微納電子學科的發展 70
第四節 微納電子學科發展的障礙與“後摩爾時代”的來臨 72
一、微納電子學科發展的障礙 72
二、微納電子學科的發展方向 76
第五節 對我國“後摩爾時代”微納電子學科發展的建議 102
一、基礎研究工作要提前10年進行戰略部署 102
二、以提高器件性能/功耗比為切入點 102
三、注重軟硬體協同發展 105
四、R&D要保障高強度的持續投入 107
五、制定並實施有利於微納電子學科發展的政策 108
六、人才培養 109
本章參考文獻 110

第二章 器件 113
第一節 概述 113
第二節 國內外器件研究進展和發展趨勢 116
一、摩爾定律延續背景下的器件研究現狀 116
二、存儲領域內的器件小型化和新器件研究現狀 125
三、新材料器件和新機理器件 138
四、“後摩爾時代”器件發展趨勢的總結 151
第三節 “後摩爾時代”器件研究面臨的挑戰與機遇 152
第四節 “後摩爾時代”器件研究的關鍵技術 154
第五節 器件研究發展的相關政策建議 156
本章參考文獻 158

第三章 材料 160
第一節 概述 160
一、基於新材料的矽基器件 161
二、化合物半導體器件與集成技術 162
三、基於新材料的矽基集成技術 163
四、基於CMOS工藝的矽基混合光電集成技術 164
第二節 基於新材料的器件及其集成技術研究的國內外研究現狀與發展趨勢 165
一、歷史梳理 167
二、規律總結 187
三、基於新材料的器件及其集成技術研究的發展趨勢 193
第三節 “後摩爾時代”基於新材料的器件及其集成技術面臨的挑戰與機遇 201
一、新材料體系的原子級調控與生長動力學 201
二、大尺寸、大失配矽基化合物半導體材料生長 202
三、超高頻、超強場、納米尺度下載流子輸運機理與行為規律 203
四、基於新材料的集成技術中電、磁、熱傳輸機制與耦合機制 204
五、基於新材料的器件和電路可靠性機理 205
第四節 基於新材料的器件及其集成技術研究中的若干關鍵技術 206
一、大失配異質外延中的生長動力學與缺陷控制 207
二、大尺寸矽基GaN和SiC單晶的材料製備技術 208
三、化合物器件的介面控制 211
四、納米尺度下非平衡載流子輸運機理與量子力學問題 212
五、光電子與CMOS工藝相容技術 212
六、矽基化合物器件和高壓、大功率器件的可靠性問題 212
第五節 基於新材料的器件及其集成技術研究學科發展方向建議 213
一、技術現狀的反思及建議 214
二、產業層面的反思及建議 215
三、政策層面的反思及建議 216
四、人才培養層面的反思及建議 217
五、對外交流和合作層面的反思及建議 217
六、鼓勵創新 217
本章參考文獻 218

第四章 工藝 225
第一節 概述 225
第二節 積體電路新工藝的國內外研究現狀與發展趨勢 230
一、歷史梳理 230
二、規律總結 243
三、積體電路新工藝技術的發展趨勢 246
第三節 “後摩爾時代”積體電路新工藝基礎研究面臨的挑戰與機遇 260
第四節 積體電路新工藝基礎研究中的若干關鍵技術 266
一、計算光刻技術 267
二、定向自組裝技術 269
三、EUV光刻技術 269
四、納米壓印技術 270
五、束曝光技術 271
六、新型溝道材料 273
七、存儲工藝技術 274
八、新型互連工藝 286
九、新型封裝技術 288
十、大生產相關技術 304
第五節 積體電路新工藝學科發展方向建議 305
本章參考文獻 311

第五章 設計 325
第一節 概述 325
一、積體電路設計方法學的基本概念與範疇 325
二、EDA 在積體電路設計中的作用 327
三、積體電路設計流程及EDA工具的組成 328
第二節 國內外積體電路設計方法學與EDA工具發展狀況 333
一、國外發展歷史、現狀 333
二、國內發展歷史、現狀 334
三、發展過程 335
四、未來發展趨勢 337
五、“後摩爾時代”積體電路設計面臨的挑戰和機遇 338
第三節 “後摩爾時代”積體電路設計需要突破的關鍵技術 372
一、面向新型器件的設計方法與設計流程 372
二、應對工藝漂移與擾動的設計方法和EDA技術 374
三、支援DFM/DFY的EDA技術 374
四、3D互連/3D封裝設計方法與EDA技術 374
五、複雜積體電路的設計驗證方法與EDA技術 380
六、極低功耗積體電路設計方法與EDA技術 380
七、海量積體電路設計資料處理技術 383
八、協同化設計驗證技術 384
第四節 學科發展方向建議 387
一、系統級自動化設計理論與技術研究 388
二、DFM/DFY/DFR相關理論與數學分析方法研究 388
三、超低功耗積體電路設計方法研究 389
四、可重構計算架構研究 389
本章參考文獻 391

第六章 微機電系統 392
第一節 概述 392
第二節 集成微系統技術的國內外研究現狀與發展趨勢 394
一、歷史梳理 394
二、規律總結 396
三、集成微系統技術的發展趨勢 397
四、我國在該領域具有的優勢及產業已有的突破 400
第三節 “後摩爾時代”集成微系統技術面臨的挑戰與機遇 401
一、集成微系統技術在“後摩爾時代”的主要挑戰和機遇 401
二、國內外差距分析 406
第四節 集成微系統技術中的若干關鍵技術 411
一、複雜三維結構的製造方法 412
二、集成微系統可控性製造技術 417
三、微系統的集成方法 420
四、模型與類比 424
五、集成微系統封裝技術 425
六、器件及應用關鍵技術 428
第五節 集成微系統技術學科重點發展方向建議 429
一、複雜集成微系統加工新方法研究 430
二、微納複合器件和系統研究 431
三、網路化集成微系統研究 432
四、生物微系統研究 432
本章參考文獻 433

關鍵字索引 436