半导体行业基本原理

掌握行业发展规律,把握机遇顺势而为
作为微电子技术核心的集成电路(以下简称为IC),从其诞生至今的40年中,集成度提高了5000万倍,器件特征尺寸缩小了200倍,单个器件的平均成本下降了100万倍。IC成为二十世纪中创新最多、更新最快的技术。
尽管如此,人们还是从实践中总结出IC技术和产业的基本特征以及它们的
发展规律。其中,最为明显的,一是器件按比例缩小原理(又称等比例缩小原理);二是著名的摩尔定律;三是IC产业周期性发展规律(又称“硅周期”)。
轮胎脱模剂一、集成电路技术和产业主要发展规律简单描述
1.器件按比例缩小原理
该原理表明,随着IC技术的发展,构成IC的最基础器件——MOS晶体管
的沟道长度、宽度等横向尺寸和栅介质层厚度、源漏结深等纵向尺寸都按相同
的比例缩小。同时,为了保持器件有效区域内的电场强度和单位面积上的功耗
不变,器件工作的电压也按比例降低,衬底掺杂浓度则按比例提高。
正是由于器件按比例缩小导致了IC芯片成本降低和性能提高的双重推进机制,使IC可以获得愈来愈好的效果,并使其成为激励人们永无止境技术创新的
动力基础。
2.摩尔定律
这是美国Intel公司第一任总裁摩尔在1965年揭示的IC芯片集成度随时间
增长的规律。该定律表明,IC芯片集成度,每18个月翻一番,或每三年增加4倍。而与此相应的是,IC芯片中器件特征尺寸,每三年缩小1.4倍(K≈1.4),或
者说,每三年器件的特征尺寸缩小到原来的70%左右。由此,IC的整体技术提
升一代。可见,器件按比例缩小原理是摩尔定律的物理基础。
这种IC芯片集成度和器件特征尺寸随时间推进的规律集中反映于世界集成
电路技术发展路程图中(如表1)。该路程图为世界IC技术界和产业界既提供了
十分明确的技术发展目标,又提出了达到这个目标的时间。
许多年来,IC技术和产业的实际进展情况证实了由摩尔定律和路程图预言
的发展规律。但是,在个别年份,由于其他因素的影响,会出现小的修正,例
如0.18微米技术比预期的2000年早1年,于1999年开发成功,而将0.15微米技术仅仅看作是0.18微米和0.13微米技术之间的过渡,而不是一代技术的跳跃,
那么,路程图中1997-2000-2003年间仍然有很好的三年一代的规律性。
事实上,IC产业,除了受到技术发展的拉动之外,还要受到商业利益的驱动,这就造成了IC产业的另一些特征。例如,由于器件特征尺寸的缩小,这就
推动了加工工艺更微细化和设备精度的提高,为使芯片的单位成本不变,就势
必推动人们采用更大尺寸的圆片,并扩大IC芯片的生产规模。这就导致了IC芯片生产线投资规模迅速增长的趋势(如表2)。
由于IC产业的巨大投资,必然导致IC市场的国际化。只有这样,才能支撑这巨额投资,并获得可观的商业利润和继续技术创新的能力。为了求得IC产业
的更大发展,IC产业的投资商也在国际范围内,吸纳技术成果,吸引人才,甚
至要求本国政府出台保护本国IC产业发展的优惠政策。这些使IC产业成为国际竞争性产业,并引发出IC产业发展的一个奇特现象——硅周期。
3.硅周期
硅周期是指世界IC市场每4至5年有一小周期变化,每10至11年有一大
周期变化。例如,1984、1988及1995年是世界IC市场旺盛年份,市场增长率
各为46.4%、38.6%和42.3%,但到1985、1990及1996年,市场出现低谷增
长率,各为-16.8%、+1.6%及-8.7%。1996年过后,本来可以期望IC市场
回升,但是,当时爆发的亚洲金融风暴,使得1998年的市场增长率反而跌到
-11.4%,这个周期的回升时间推迟至1999年。
瞬时速度中心进一步的考察表明,硅周期主要与IC市场,特别与国际上半导体存储器市
场的起伏有关。另外,也与当时一代生产技术到达饱和,生产能力的过分膨胀
相关。
二、由集成电路技术和产业发展规律引出的启示
研究IC技术和产业的发展规律,不仅使我们深刻理解IC技术和产业的特征,而且还会对IC企业在规划发展方向、掌握发展时机等方面提供有益的启示。例如,IC技术发展路程图指明了的IC技术发展进程及确切的时间表。这些规律告
诉我们,何种技术水平的IC生产企业是何种投资规模,何时建成才能与市场同
步等。随着我国IC技术和产业的发展,掌握和运用成功这些规律的实例确也不少。
1.上海贝岭选择数模混合电路(数字—模拟混合集成电路)的发展方向铸就
了持续稳步发展的重要基础。
IC技术发展规律集中反映于IC的前沿技术,代表IC前沿技术的有两大类产品:DRAM(动态随机存取存储器)和CPU(中央处理单元)。前者代表了IC的工艺技术,而后者更依赖于IC设计技术。这两类产品是各种计算机的主要基础,且均属于数字电路。但是,IC领域范围广泛,大量的产品,不是单纯的数字电路,而是数字电路与模拟电路相结合的数模混合电路。竞争相对缓和的数模混
合电路在使用上更贴近用户,在制造上是数字工艺和模拟工艺的结合,技术难
度主要体现于设计技术和制造技术的多样化、综合性。这就十分适合于我国IC
市场的情况。上海贝岭生产的大规模集成电路中大部分就是数模混合电路,这
是上海贝岭市场不衰的重要原因。
异形玻璃2.华虹NEC的建设时间巧与硅周期“合拍”。
由于IC产业发展中存在硅周期现象,因此,世界上大多数IC企业采取与硅周期同步的工作时序,即企业选择在市场低迷时期投资开发技术和产品,在市
场临近回升或开始回升初期,投资扩大生产规模或者建造新一代技术的生产线。等到市场高峰到来时,企业将更先进的产品和更大规模的生产手段推向市场,
并抓紧时机,在市场旺盛的2至3年内回收投资和取得高额回报。错过这个时序,只会延长投资回收时间,增加投资风险。华虹NEC,由于具有世界上生产DRAM最大厂商之一的日本NEC公司的合作,因而在产品市场和技术来源两方
面均有较为可靠的保证。1997年,正当DRAM国际市场低迷时,华虹NEC生产线开工建设,而在1999年上半年正当世界半导体市场开始回升时,试车投产,赶上了64M DRAM世界市场紧俏,DRAM价格骤升的大好时期。
3.我国《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》终于出台。三板模
我国IC产业在经历了单纯引进设备、相继引进技术,然后引进资金和管理等各个阶段后,逐步领悟到在我国营造一个有利于IC产业发展的政策环境的重要性,它不仅是鼓励和保护我国IC产业发展的必要手段,而且还是吸引IC 产业投资商和技术人才的有效手段。今年6月底,我国《鼓励软件产业和集成
电路产业发展的若干政策》出台。这在我国IC发展史上是一个划时代的进步。可以预料,这种有利于产业发展的政策环境将是进入21世纪最初20年我国IC
产业快速发展的重要推动力。鼓励政策的出台,反映了我国IC产业界、技术界
以及政府主管部门对IC产业发展规律的深刻认识,也是我国IC技术和产业发展到一定水准的重要标志。
4.运用IC技术和产业发展规律,预测今后几年我国IC产业的发展趋势。
硅周期的以往几次市场升落都与计算机相关,但这次1999年下半年的大回升却是由多种因素所致。以市场而论,Internet网、移动通信、笔记本电脑和数字化设备都相继进入旺盛时期,这对1999年国际IC市场产生了强大的推动力。以技术而言,0.25和0.18微米技术已经成熟,相继投入生产,这为发展以上新一代产品的市场提供了坚实的技术基础。再加上亚洲金融风暴的逐步解除。因此,1999年下半年IC市场回升大大超出了DRAM市场好转起到的作用,表现
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得特别强劲,一再突破了国际上许多权威机构的预测数字。例如,1998年底美国半导体工业协会(SIA)对1999年全球半导体市场增长率的预测是10%左右,但实际增长率为18.9%。由于国内最近几年电子信息产业发展特别迅速,形成
了与众不同、独立发展的国内整机市场。并且由于我国经济发展很少受到亚洲
金融风暴的影响,因此,即使在1996至1998年的全球半导体市场低迷时期,
防刺手套我国IC产业以每年30%上下的增长率快速发展,而1999年的实际增长率更达
到36%以上,使全世界IC同行刮目相看。
然而,IC产业的这种世界性的增长趋势还在继续发展,根据SIA最近一次
对全球半导体工业的中期(2000—2003年)预测,2000、2001、2002及2003
年的增长率各为31%、25%、14%及12%。这一时期的平均增长率为20%,
持续时间如此之长的高速增长,在最近10年中还从未出现过,而亚太地区(包括中国,但不包括日本)增长速度更高于其他地区,表3列出了对全球半导体
市场需求的预测。另外,最近日本电子机械工会协会(EIAJ)对全球半导体的
长期市场(2004—2006年)也作了预测,认为由于在此期间全球的网络、电脑、移动通信和数字化设备方兴未艾,仍可保持每年14%至38%的增长速度,这为IC市场继续发展提供了有力的支持。
另一方面,根据国际半导体技术发展指导委员会(ITRS)的预测,直至2008年,IC技术的发展还是十分乐观的,在此期间0.13微米及0.10微米技术
相继成熟并投产,这为以上领域产品的发展开拓了空间,减少了在原水平上重
复和生产过饱和的可能性。
综上所述,按硅周期常规预言的下一次“低谷”(可能是2003或2004年)决不会出现1996至1998年的情形,而仍可保持12%至14%的增长率,“低谷”不低,相当于以往IC产业正常年份的平均水平。上海贝岭选择网络、通信、金卡芯片和智能化家电等集成电路作为发展方向,等于搭上了世界IC产业发展的航船,必将继续蓬勃发展。

本文发布于:2024-09-24 10:14:45,感谢您对本站的认可!

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