Мур считал, что научный прогресс в полупроводниковой отрасли станет решающим для экономического роста, т.к. мощные электронные устройства будут всегда востребованы в самом широком ряде приложений. По мнению Мура, необходимость в новых устройствах будет зависеть от соотношения между скоростью научного прогресса и стоимостью производства.

По мере развития индустрии интегральных микросхем и уменьшения топологических элементов до размеров атома перед нами возникает непреодолимая стена, которая затрудняет дальнейшее совершенствование кремниевой технологии. К последним достижениям в этой области относится использование оксида гафния с высокой диэлектрической постоянной времени вместо традиционного диоксида кремния, являющегося основным строительным материалом транзистора (затвора), увеличение подвижности носителей зарядов с помощью стрессоров (диэлектрической пленки или эпитаксиального слоя в зоне стока/истока) и трехзатворный процесс Intel. Транзистор, изготовленный по нормам 32 нм и ниже, выглядит совершенно иначе, чем его 130-нм собратья 10 лет назад.

К настоящему времени у нас появились более совершенные и быстрые устройства, однако стоимость производства значительно выросла.

Бифуркация технологий

Мы становимся свидетелями появления доселе «спавших» технологий, которые многие годы не получали заслуживаемого внимания. К числу этих технологий я отношу аналоговую и силовую электронику, а также МЭМС.

Такие производители аналоговых компонентов как Texas Instruments, STMicroelectronics, Analog Devices и Infineon Technologies – лидеры в этой области. Аналоговые микросхемы получает все большее распространение в беспроводных системах. Так, объем рынка аналоговых компонентов вырастет с 45 млрд долл. в 2011 г. до 66 млрд долл. в 2015 г. за счет увеличения рынка мобильных устройств (смартфонов, планшетных ПК и ноутбуков).

Технология аналоговых ИС играет ключевую роль в таких беспроводных системах как сотовые телефоны 4G, беспроводные сенсорные сети и широкополосные беспроводные сети. В беспроводных системах аналоговые микросхемы используются, главным образом, для обработки сигнала в датчиковых кристаллах. Другой областью применения аналоговых ИС являются карты беспроводного доступа к данным, беспроводные карты ЛВС, беспроводные мыши, повторители и т.д.

Использование силовых компонентов, в т.ч. транзисторов и устройств управления питанием, существенно выросло за несколько последних лет благодаря появлению мобильных систем. Появление гибридных автомобилей или электромобилей, интеллектуальных энергосетей и установок для преобразования солнечной энергии также увеличивает потребность в силовых компонентах. Если в 2009 г. размер рынка силовой электроники для электромобилей составлял 0,3 млрд долл., то ожидается, что в 2020 г. он увеличится до 5 млрд долл.

МЭМС и закон Мура

Индустрия МЭМС также испытала значительный рост за счет гироскопов для мобильных устройств, а также датчиков разных типов и микрофонов (см. диаграмму). Именно новые приложения становятся локомотивом развития этой отрасли.

Прогноз развития рынка МЭМС 2006-2014 гг.

Общей платформой для всех этих новых приложений являются кремниевые подложки относительно малых размеров и ослабленные правила проектирования. Большинство фабрик изготавливает эту продукцию из 6- и 8-дюймовых пластин (TI – единственная компания, у которой имеется 300-мм производство аналоговых компонентов). Преимущество этих фабрик в том, что их стоимость невелика, а затраты на управление ими относительно низкие.

За последний год спрос на оборудование для производства 200-мм пластин вырос, что застало поставщиков оборудования врасплох.

Таким образом, мы наблюдаем дальнейшее уменьшение топологических норм в соответствии с законом Мура, с одной стороны, и, с другой, – развитие индустрии в совершенно ином направлении с использованием более мягких правил проектирования на относительно старых производствах.

Развитие технологий по закону Мура – чрезвычайно дорогостоящий путь, особенно на нормах ниже 22 нм. Решить некоторые сложные проблемы полупроводниковой индустрии, в т.ч. избавить от непомерных затрат на новые фабрики, помогут интегральные 3D-устройства. Эти устройства позволяют использовать старые технологии, обеспечивая хорошие рабочие параметры и многие преимущества.

Вполне возможно, что нынешнее аналоговое производство научит нас тому, как вести бизнес.

Д-р Израэль Бейнгласс (Israel Beinglass), автор этой публикации, является техническим директором компании MonolithIC 3D. Прежде он 17 лет проработал в Applied Materials техническим директором и директором по маркетингу.