摩尔定律的前景展望

近年来微纳电子科学和集成电路产业的发展，证明了有效30多年的摩尔定律未来正在受到挑战。在传统的集成电路技术发展似乎走到技术尽头的时候，依靠新材料和新结构的技术发展，摩尔定律才能继续显示其有效性。但是技术发展的步伐呈现减缓的趋势。在进入21世纪后，各种新器件材料的引进以及各种新器件结构的陆续推出，给世界集成电路产业带来了诸多机遇和挑战。

微纳电子产业技术中最频繁提出的问题是1965年摩尔提出的对于集成电路技术发展规律的预测，1975年摩尔修正了预测，认为每隔24个月，单位面积上晶体管的数量将翻番。37年来的集成电路发展历史证明了这个预测的准确性。图2-6和图2-3为ITRS在2011年底发布的国际半导体技术发展蓝图。可以看到，随着微纳电子产业进入纳米时代，摩尔定律未来的有效性正在受到挑战。依靠新材料和新结构的技术发展，摩尔定律正在艰难地显示其有效性，但是发展步伐有放慢的趋势。产业界不断在思索：每两年发展一代技术的节奏能否延续下去？摩尔定律以后的微纳电子产业将如何发展？

图2-6　ITRS 2011年预测的国际半导体技术发展蓝图(www.xing528.com)

从物理角度看，硅基晶体管还能够继续缩小，从现有的22 nm技术代演进4个技术代后可以达到4 nm技术代，这个技术发展进程时间可能在10年左右。到那个时候，由于特征距离将为10 nm左右。因此，根据现有的晶体管理论，届时将不可避免地会发生电子漂移，无法控制电子的进出，从而导致晶体管的失效。

从经济角度看，高昂的设计和制造成本也许会终结或者淡化摩尔定律的延伸。尽管如此，这并不意味着现有的CMOS硅技术发展将到终点，恰恰相反，这将推动新材料和新器件结构的研究进展，以适应日益发展的电子市场的旺盛需求，尤其是以移动互联技术为市场主要驱动力的产品技术发展，将得到全球集成电路产业界更高程度的关注。

摩尔定律未来的延伸，基本上依赖于新材料新工艺的突破。很难讲摩尔定律可以走多远。如果找不到替代晶体管的材料，摩尔定律便会失效。如果替代材料出现了，那么类似（准）摩尔定律的规律将得到延伸。所以可以认为，未来摩尔定律的有效性取决于新型材料的开发成果和新型器件结构的进展。