什么叫半導體芯片?什么是摩爾定律?

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認識半導體芯片，還要先從半導體材料開始。 以硅材料為代表的第一代半導體材料目前仍然是最主要的半導體器件材料。但是硅材料帶隙(禁帶)較窄和擊穿電場較低等物理屬性的特點限制了其在光電子領域和高頻高功率器件方面的應用。20世紀90年代以來，隨著無線通信的飛速發展和以光纖通信為基礎的信息高速公路與互聯網的興起，以砷化鎵 (GaAs)和磷化銦(InP)為代表的第二代半導體材料開始嶄露頭角。目前GaAs幾乎壟斷了手機制造中的功放器件市場。 第三代半導體材料的興起，是以GaN(氮化鎵)材料P型摻雜的突破為起點，以高亮度藍光發光二極管(LED)和藍光激光器研制成功為標志的。 GaN(氮化鎵)半導體材料的商業應用研究開始于1970年，其在高頻和高溫條件下能夠激發藍光的獨特性質，從一開始就吸引了半導體開發人員的極大興趣。但是GaN的生長技術和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業應用的實質進步和突破。GaN的優點是禁帶寬度大、電子漂移速度大、高熱傳導率、高耐壓、耐熱分解、耐腐蝕、耐放射線輻照等，特別適合于超高頻、高溫、高耐壓、大功率器件。 可見，利用氮化鎵在電流通過時可發出較強藍色，并且在其中加入適量的銦元素后還可改變其發光顏色的特性，即可用照明領域。利用其制成可于照明的器件就是半導體芯片。 什么是摩爾定律？ 　　摩爾在1965年文章中指出，芯片中的晶體管和電阻器的數量每年會翻番，原因是工程師可以不斷縮小晶體管的體積。這就意味著，半導體的性能與容量將以指數級增長，并且這種增長趨勢將繼續延續下去。1975年，摩爾又修正了摩爾定律，他認為，每隔24個月，晶體管的數量將翻番。　　這篇文章發表的時候，芯片上的元件大約只有60種，而現在，英特爾最新的Itanium芯片上有17億個硅晶體管。　　盡管這一定律后來成為里程碑似的東西，但這篇文章當時并沒有放在首要位置，文章所在的頁碼是114頁。　　摩爾最近說："當時，你不會想把這種東西放入你的檔案中的，我當時沒有想到它會如此的精確。" 摩爾定律現在失效了嗎？　　沒有，盡管很多分析師與企業的官員已經放言摩爾定律將過時，但它可能仍然發揮作用。　　一些人，比如惠普實驗室的 Stan Williams與Phil Kuekes認為，到2010年，晶體管的收縮將成為一個問題。因此，廠商需要找到新的替代材料，比如惠普的"交叉開關"(crossbar switches)。　　另外一些人，比如英特爾的科技戰略部主任 Paolo Gargini則宣稱，到2015年，制造商們才開始轉向混合芯片(hybrid chips)，比如結合了傳統晶體管元素與新出現材料，比如納米線的芯片。到 2020年，新型芯片才會完全投入使用。　　從理論的角度講，硅晶體管還能夠繼續縮小，直到4納米級別生產工藝出現為止，時間可能在2023年左右。到那個時候，由于控制電流的晶體管門(transistor gate) 以及氧化柵極(gate oxide)距離將非常貼近，因此，將發生電子漂移現象(electrons drift)。如果發生這種情況，晶體管會失去可靠性，原因是晶體管會由此無法控制電子的進出，從而無法制造出1和0出來。 如果失效會怎樣？　　很難講。如果替代晶體管的材料永遠找不到，摩爾定律便會失效。如果替代材料出現了，那么類似摩爾定律的規律將仍然出現。。