洪先龙院士、刘伟平总裁,边计年教授等合撰的《超大规模集成电路计算机辅助设计技术》(获得国家新闻出版署科技进步一等奖)总结他们1993年制成的集成电路CAD三级系统(熊猫系统)硅基集成电路尺寸如下:
我们知道为了制造性能更好的IC,集成电路的集成度就来越高,如其后1999年已研制出1Gb
DRAM,在一块芯片里集成了11亿个MOS晶体管和11亿个电容,那就要求器件尺寸越来越小。近些年又有了极大的进展,下面就列出硅基集成电路尺寸变化:
年份 |
1993 |
1999 |
2002 |
2005 |
2008 |
2011 |
2014 |
特征尺寸/nm |
280 |
180 |
130 |
100 |
70 |
50 |
35 |
表面起伏/nm |
85 |
65 |
45 |
35 |
25 |
20 |
15 |
棚长度/nm |
160 |
140 |
85~90 |
65 |
45 |
30~32 |
20~22 |
等效氧化层厚度/nm |
2.5~3.1 |
1.9~2.5 |
1.5~1.9 |
1.0~1.5 |
0.8~1.2 |
0.6~0.8 |
0.5~0.6 |
结深/nm |
69~89 |
42~70 |
25~43 |
20~33 |
16~26 |
11~19 |
8~13 |
但器件尺寸不是可以想需要多小就多小,即越小就面临更大的困难和挑战,如因MOS晶体管是场效应器件(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor金属氧化物半导体场效应晶体管),它需要在缩小尺寸的同时要保证器件内部的电场强度不变,器件性能才不会退化。下表是缩小过程中器件参数变化情况:
特征尺寸/mm |
5 |
3 |
2.5 |
1.2 |
0.8 |
0.5 |
0.35 |
0.25 |
0.15 |
|
电源电压/V |
5 |
5 |
5 |
5 |
3.3 |
3.3 |
3.3 |
2.5 |
1.0 |
|
棚氧厚度/nm |
100 |
60 |
40 |
25 |
15 |
9 |
6 |
3.5 |
2.5 |
|
结深/mm |
1.5 |
0.6 |
0.4 |
0.25 |
0.15 |
0.1 |
0.08 |
0.06 |
0.05 |
|
阈值电压/V |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
0.8 |
0.5 |
0.5 |
0.4 |
0.3 |
0.2 |
|
相对速度 |
0.38 |
0.57 |
0.7 |
1 |
1.4 |
2.7 |
4.2 |
7.2 |
9.6 |
|
1纳米(nm)=0.001
微米(μm)==
即
纳米科学在90年代我要做集成电路时已接触,不过,纳米网络是最近才在美国出现的,并已掀起一些热潮-见我写的一个纳米网络省级重点项目申请书。
比如做我们图论这里方向的最近就主持“分子图的拓扑指标及其在纳米技术中的应用”项目,等等。
1、关于纳米科技:在朱静教授等为研究生撰写的教材“纳米材料和器件”全书第一句话是“纳米科学技术被认为是21世纪头等重要的科学技术”。
2、关于集成电路:可看这里1990年我想研究的领域(现在集成电路特征尺寸早已进入纳米尺寸时代)
3、关于无线纳米传感器网络:随着纳米科技的进步和器件制造的发展,就应有纳米传感器;再因集成电路技术的发展和传感器网络的出现,跟着就应到了发展纳米传感器网络的时代了。不过,因需要突破很多纳米传感器网络的问题,目前不仅还没有在应用中的纳米传感器网络,就是纳米传感器网络的理论也还在摸索阶段,更还没有一篇纳米传感器网络论文。
附:我有划定科学边疆的人-Vannevar Bush范内瓦·布什的《Principles of Electrical Engineering电气工程原理》、Bush的博士Frederick
Emmons Terman的《无线电工程》、Terman的博士Joseph
M. Pettit的《Electronic
switching, timing, and pulse circuits电子开关、定时和脉冲电路》(最近设立的IEEE
PELS R. David Middlebrook Achievement Award是以这Joseph
M. Pettit的博士R.
David Middlebrook命名的奖,R. David
Middlebrook的博士Carver
Andress Mead就是这里附1撰写世界集成电路名著《超大规模集成电路系统导论》美国三院院士Carver
Andress Mead并《新概念英语》第4册第10课Silicon
Valley硅谷就主要是写他的工作题材的,也可参看他的讲解汇集视频)