中國晶元的新機遇中科院半導體“雜交公尺”繞開光刻機技術

在後摩爾時代，傳統追求最大晶元尺寸對製造裝置的要求會越來越高，未來可能很難超越摩爾定律的極限。因此，行業研究人員將研究新工藝、新架構和新材料，以探索一條全新的前進道路。

例如，中國科學院正在探索半導體"雜交水稻"技術，這也是研究方向之一。中科院正在研究"雜交水稻"技術會改變晶元克服新機遇的道路嗎？

中國科學院研究"雜交水稻"半導體技術。

雜交水稻"半導體技術，學術名稱為："化合物半導體的異構整合技術"通過異質鍵合成或外延生長獲得，將由不同的器件加工節點或高效能化合物半導體晶圓和低成本矽基高整合器件晶圓組成。整合器件晶圓相互整合。

這些具有不同功能的材料組合，結合化合物半導體和矽的各自優勢，通過互補、互補和異質材料的相互作用，產生更優異的電學、光學、聲學和熱學等物理效能，可以獲得更高功率、更高頻率、更高速度的光子學和電子器件。

該技術方法從材料創新的角度提高了雜交水稻等器件的效能，並利用了互補品種的栽培優勢，因此該技術在半導體中也被稱為"雜交水稻"科技。

目前，中科院田貴團隊正在"雜交水稻"基於該技術，正在開發使用磷化銦、氮化鎵和氧化鎵等化合物半導體的XOI異質整合材料。此外，他開發了氦氫離子共注入技術，以更有效地去除磷化銦薄膜，並開發了4英吋矽基磷化銦異質整合晶圓。

尤天貴，中國科學院研究員。

這項技術是晶元之外的新機遇嗎？

當前的半導體環境。

目前，積體電路主要使用矽作為襯底材料，但矽材料已接近其物理極限。相反，中國科學院正在研究磷化銦、氮化鎵、氧化鎵等化合物半導體，這些半導體具有更豐富的能帶結構和更好的電學和光學效能。

通過將化合物半導體與矽相結合，可以在保持原始器件的尺寸和工藝的同時提高微電子器件的效能。因此，不再需要尋找晶圓製造工藝的終端節點，並且可以避免光刻和蝕刻機等先進加工裝置，從材料創新的角度提高器件效能。

因此，該技術本身就是一條新的半導體發展路徑，如果應用成熟，可能會成為國家晶圓發展的新機遇。

從技術發展的角度來看。

事實上，早在上世紀90年代，業界就已經對這些新材料如飢似渴，探索將化合物半導體整合到矽中，並開始開發異質化合物半導體整合技術。然而，異質整合技術主要是異質外延生長，只能在特定襯底上生長特定材料，難以實現不同網路材料的異質整合。

與傳統技術相比，中科院游天貴團隊將離子束移除，將該技術轉移到化合物半導體領域，將其轉化為製備化合物半導體異質整合材料的通用技術。該方法製備的器件的閾值電流密度和工作溫度均達到國際最高水平。

此外，在異質材料粘接技術方面，尤天貴團隊還開發了熱粘接技術。該技術不僅完全自主可控，還減少了溫度公升高引起的應力，並且不需要在真空環境中操作，使其更適合大規模生產。

也就是說，中科院團隊研發的異質整合材料製備方法更加靈活實用，技術水平也是目前最高的。也就是說，只要變道成功，超車是有保證的。

從應用前景來看。

2024年以來，磷化銦、氮化鎵等化合物半導體在國際學術界和工業界大放異彩。磷化銦在光通訊領域具有重要的應用前景，氧化鎵被認為是繼氮化鎵和碳化矽之後有望達到工業應用的寬頻半導體材料，在功率器件領域具有應用前景。

由此可見，化合物半導體具有廣闊的發展前景，很可能成為國產晶元需要克服的新機遇。

事實上，在半導體領域，如果沿用傳統的發展模式，筆者認為很難跟上全球先進半導體技術的步伐，那就去吧"彎道超車"這條路是不可避免的。但"雜交水稻"半導體技術尚未達到新材料的工業應用，因此這條路需要一些時間。

然而，中國科學院的研究團隊正在開發使用異質整合材料的器件工藝，一切都在朝著正確的方向發展。