中科院院士毛发军：异质集成电路是我国集成电路产业变道超车的新机遇

6月9日消息（乐思）在今日召开的“2021世界半导体大会暨南京国际半导体展览会”上，中国科学院院士、上海交通大学党委常委、副校长毛发军发表了主题为《半导体异质集成电路》的演讲。

在演讲中，他指出，如今，摩尔定律面临极限挑战，转折点临近，半导体异质集成电路将为我国集成电路变道超车发展提供历史机遇。

集成电路是我国重大战略需求，其不仅是是高新技术产业的命脉，国防电子装备的灵魂，也是我国科技规划的重点，如今也成为了国际科技竞争的焦点。

毛发军指出，我国集成电路产业面临“卡脖子”的痛点。一方面中国花费巨资进口。数据显示，2020年中国进口集成电路价值3500亿美元（同年进口石油1760亿美元），高端芯片基本依赖进口。另一方面，集成电路有钱也买不到。2020年5月，美国商务部宣布全面限制华为购买美国软件和技术生产的半导体产品。2021年4月，美国商务部建议对14nm以下所有中国芯片公司出口管制。

众所周知，集成电路是一个国家综合科技实力乃至综合国力的反映。毛发军认为，我国集成电路产业落后的原因复杂，外在因素是先进技术受到西方封锁，内在原因是我国集成电路产业瞻前顾后，导致产学研脱节。

其中EDA落后的原因有两点，首先是研究算法的较多，但很零散，没有规划、集成，没有形成能力。其次，大型软件工程能力较弱，经验较少，用户不愿意用国产软件工具，恶性循环。装备落后的原因是整体能力和市场环境等多方面因素。器材与电路落后的原因是材料落后，工艺的精细度、稳定性不足，缺乏工匠精神和工艺大师。

据介绍，目前，集成电路的发展方向主要有两个，一是继续延续摩尔定律；二是绕道摩尔定律。这两条道路都面临挑战，前者面临物理原理极限，技术手段极限以及经济成本极限。后者要朝着异质集成电路方向发展。

“集成电路有两类材料，元素半导体和化合物半导体材料，这两类各有优缺点。如何将两者的优点结合起来？只有异质集成电路才能做到。” 毛发军指出。

所谓半导体异质集成电路指的是将不同的工艺节点的化合物半导体高性能器件或芯片、硅基低成本高集成度期间或芯片（都含光电子器件或芯片），与有源元件或天线、通过异质键合或外延生长等方式集成而实现的集成电路或系统。

他表示，半导体异质集成电路的特色是融合不同半导体材料、工艺、结构元器件或芯片的优点；采用系统设计理念；采用小芯片、集成无源器件等新技术；2.5维或3维高密度结构。其优点也非常突出，能实现强大的复杂功能、优异的综合性能；灵活性大、可靠性强、研发周期短，成本低。小型化轻量化；不受EUV光刻机限制。

如今，毫米波异质集成电路是发展的重点，毫米波异质集成电路是工作在毫米波段的异质集成电路。它能满足国家发展重大需求；毫米波电子系统对异质集成的需求非常迫切，毫米波电子系统往往需要天线、数字、模拟、毫米波元器件与电路的组合，优势工艺各异。

然而，它面临的挑战和问题更为严峻和复杂。一是分布参数，本质从“路”向场演变，设计更加困难。二是波长短，间距小，集成度高，对工艺要求更加精细。三是电磁寄生效应，耦合紧密，测试更加复杂。

毛发军表示，总而言之，半导体异质集成电路突破了单一工艺集成电路的功能、性能极限，实现高性能复杂电子系统，非常具有研究价值。它是电子系统集成技术发展的新途径，也是后摩尔时代集成电路发展的新方向，更是集成电路变道超车的新机遇。

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