《電子技術(shù)應(yīng)用》
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昨天刷屏的IMEC,,什么來(lái)頭?

2018-10-21
關(guān)鍵詞: 硅晶圓 集成電路 IMEC

昨天,,一幅李克強(qiáng)總理在訪問(wèn)比利時(shí)IMEC時(shí)候,,駐足端詳硅晶圓的照片,,在半導(dǎo)人的朋友圈里刷了屏,。大部分人“作者”在文章中都只是闡述了這件事,,然后再加上對(duì)國(guó)內(nèi)集成電路現(xiàn)狀的描述,,之后加上一段為國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)痛心疾首的評(píng)論,純粹是為了刷屏而刷屏,,但你真的知道IMEC是干嘛的嗎,?


在本文,我們對(duì)這個(gè)歐洲領(lǐng)先的研究中心進(jìn)行一次深度解析,。


PS:李克強(qiáng)總理拿的這個(gè)應(yīng)該不是叫“黑膠唱片大小的芯片”,,而是一個(gè)硅片。

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IMEC的歷史沿革


根據(jù)維基百科,,IMEC全稱是Interuniversity Microelectronics Centre,中文譯文是校際微電子中心,,而我們大多數(shù)人都將其叫做“比利時(shí)微電子研究中心”,。該機(jī)構(gòu)成立于1984,,是一個(gè)專注于納米科技的世界知名研究中心,,其總部位于比利時(shí)魯汶,,并在荷蘭恩荷芬、臺(tái)灣新竹,、美國(guó)佛羅里達(dá),、印度設(shè)有研發(fā)中心,在中國(guó)和日本設(shè)有辦事處,。在過(guò)去的三十多年,,IMEC的員工人數(shù)從最初成立時(shí)不到七十人,一躍上升到目前的4000多名,。


在官網(wǎng)中,,IMEC表示,他們是納米電子和數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域世界領(lǐng)先的研發(fā)和創(chuàng)新中心,。作為公司,,創(chuàng)業(yè)公司和學(xué)術(shù)界值得信賴的合作伙伴,IMEC在創(chuàng)意和激勵(lì)的環(huán)境中匯集了來(lái)自世界各地的優(yōu)秀人才,。通過(guò)利用我們世界一流的基礎(chǔ)設(shè)施以及眾多行業(yè)中不同合作伙伴的本地和全球生態(tài)系統(tǒng),,加速實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,可持續(xù)發(fā)展的未來(lái),。


在IMEC看來(lái),,我們不應(yīng)該低估技術(shù)的力量;,因?yàn)榧夹g(shù)有改善生活的力量,。這就是我們推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的原因,。


在服務(wù)方面,你可以從IMEC獲得研發(fā)和發(fā)展的合作支持,,加快你的發(fā)展進(jìn)度,;同時(shí)你還能從IMEC獲得創(chuàng)新服務(wù)和解決方案,,發(fā)展和加速納米創(chuàng)新和數(shù)字創(chuàng)新;他們甚至還可以為初創(chuàng)企業(yè)提供基金,,孵化和加速新興的創(chuàng)新企業(yè),。


經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,現(xiàn)在的IMEC圍繞著智能移動(dòng),、智能健康,、智能工業(yè)、智能能源,、智能城市和智能教育等幾個(gè)方面,,提供CMOS和超越CMOS、圖像傳感器,、硅光子,、可穿戴、太陽(yáng)能,、GaN,、物聯(lián)網(wǎng)傳感方案、無(wú)線IoT通信,、雷達(dá)感應(yīng)系統(tǒng),、固態(tài)電池、數(shù)據(jù)科學(xué)和數(shù)據(jù)安全和生命科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域和技術(shù)的研究和創(chuàng)新支持,。


按照中國(guó)工業(yè)和信息化部電子科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所胡開(kāi)博和蘇建南在2014年年發(fā)表的論文《比利時(shí)微電子研究中30 年發(fā)展概析及其啟示》(以下簡(jiǎn)稱“論文”)中所說(shuō),,IMEC在過(guò)去的三十多年里,一直秉承“研究開(kāi)發(fā)超前產(chǎn)業(yè)需求 3~10 年的微電子和信息通訊技術(shù)”的使命,,逐漸發(fā)展成為一個(gè)世界領(lǐng)先的國(guó)際化微電子研究機(jī)構(gòu),,在半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域創(chuàng)造了無(wú)數(shù)個(gè)世界第一,為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā),、成果轉(zhuǎn)化,、人才培養(yǎng)作出了重要貢獻(xiàn)。


IMEC的重要研究和成果


按照“論文”所說(shuō),,IMEC的研究方向主要聚焦于七大領(lǐng)域,,分別為半導(dǎo)體制造工藝、集成電路設(shè)計(jì),、新材料與器件,、微系統(tǒng)、太陽(yáng)能電池,、無(wú)線通信和生物電子,。在研究成果方面,也表現(xiàn)出色,,下面我們直接摘錄“論文”中的描述,,讓大家知道IMEC的一些研究成果,,因?yàn)檎撐陌l(fā)表較早,可能當(dāng)中的一些技術(shù)描述或者進(jìn)展和現(xiàn)狀可能有差距,,敬請(qǐng)大家諒解,。


(1)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)制造工藝


1984 年,IMEC 選擇了濕洗法和硅化物 2 個(gè)CMOS 工藝模塊開(kāi)展研究,,隨后,,增加了光刻、互連等完整工藝流程所需的模塊,,并在 1986 年建成特征尺寸 1.25 μm,、晶圓尺寸 125 mm 的 CMOS中試線。此后,,IMEC 工藝研究不斷進(jìn)步,,平均每 2 年發(fā)展一代,如,,2004、2006,、2008,、2011 和2014 年,分別研究了 45,、32,、22、10 和 7 nm 工藝,。


為開(kāi)展工藝研究和驗(yàn)證,,IMEC 不斷升級(jí)建設(shè)中試線(也稱先導(dǎo)工藝線),分別于 1994,、1999和 2005 年,,建成晶圓尺寸 150、200 和 300 mm 中試線,,并且,,在 2012 年開(kāi)始改建用于 450 mm 晶圓的凈化間,預(yù)計(jì) 2015 年完成,。此外,,IMEC 從 20世紀(jì) 90 年代初開(kāi)始研究雙極型 CMOS(BiCMOS)工藝,1995 和 2002 年在 CMOS 平臺(tái)上分別實(shí)現(xiàn)了 0.5 μm 硅基 BiCMOS 工藝和 0.25 μm 鍺硅 BiCMOS 工藝,。后因產(chǎn)業(yè)界投資不足,,到 2010年,IMEC 基本停止了 BiCMOS 的研究,。在關(guān)鍵工藝領(lǐng)域,,IMEC 一直攻研光刻技術(shù)瓶頸,。


1997 年后,IMEC 重點(diǎn)研究 193 nm 浸沒(méi)式光刻和極紫外線光刻,,并于 2007 年最先實(shí)現(xiàn) 35 nm 線寬的極紫外線光刻,;當(dāng)前,IMEC 研究重點(diǎn)是 193 nm 光刻的兩次圖形化技術(shù),。IMEC 還引入了高介電常數(shù)金屬柵,、硅化物、銅,、低介電常數(shù)材料等技術(shù),,用于 22 nm 及以下工藝。


在封裝領(lǐng)域,,IMEC 從 1986 年開(kāi)始研究封裝技術(shù),,1997 年開(kāi)發(fā)出倒裝芯片技術(shù),2005 年提出三維集成電路技術(shù)路線圖,,并在 2008 年研制出世界首個(gè)三維集成電路,。


(2)集成電路設(shè)計(jì)


IMEC 從 1986 年關(guān)注集成電路設(shè)計(jì),研究出專用集成電路(ASIC)系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù),,1991年開(kāi)始研究 ASIC 軟硬協(xié)同設(shè)計(jì)和密集型系統(tǒng)功耗降低技術(shù),,并分別于 1996 和 2003 年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。隨著集成電路集成度日益提高,,IMEC 從 20 世紀(jì) 90 年代初關(guān)注系統(tǒng)芯片(SoC)設(shè)計(jì),,先后研究出專用指令集處理器、動(dòng)態(tài)可編程嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)等,。


(3)新材料與器件


IMEC 從 20 世紀(jì) 90 年代初開(kāi)始研究電子自旋磁性半導(dǎo)體和鐵電材料非易失性存儲(chǔ)器,,實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)突破性進(jìn)展。隨著寬禁帶半導(dǎo)體展露巨大潛力,,IMEC 從 2003 年開(kāi)始研究氮化鎵材料與器件,,2006和 2011 年研制出世界首個(gè) 150 和 200 mm 晶圓硅上氮化鎵功率器件。2012 年,,IMEC 涉足有機(jī)導(dǎo)電材料領(lǐng)域,,主要研究柔性發(fā)光二極管顯示技術(shù)。


(4)微系統(tǒng)


IMEC 從 1993 年開(kāi)始研究微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),,主要用于紅外成像陣列和生物醫(yī)學(xué)傳感器,,但其 MEMS 工藝路線成本較高,一直未得到產(chǎn)業(yè)界認(rèn)可,,2012 年基本停止了研究,。2011 年后,IMEC 開(kāi)始研究集成微電子、光電子與 MEMS的微系統(tǒng),。


(5)太陽(yáng)能電池


IMEC 分別于 1993 和 1998 年開(kāi)始研究單/多晶太陽(yáng)能電池和有機(jī)太陽(yáng)能電池,,先后建成一條硅光伏中試線和一條有機(jī)光伏中試線;2009 年進(jìn)一步擴(kuò)展研究范圍,,開(kāi)展薄膜太陽(yáng)能電池研究,。但 IMEC 技術(shù)路線成本較高,太陽(yáng)能電池研究進(jìn)展緩慢,。


(6)無(wú)線通信


早在 1990 年,,IMEC 已開(kāi)始關(guān)注無(wú)線通信技術(shù),主要研究數(shù)字基帶,、射頻模擬前端,、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)集成。近年來(lái),,IMEC 在通信芯片,、收發(fā)機(jī)等方面取得了多項(xiàng)突破性進(jìn)展,促進(jìn)了無(wú)線通信技術(shù)在工業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)和消費(fèi)電子領(lǐng)域的發(fā)展,。此外,,為實(shí)現(xiàn)人類隨時(shí)隨地獲取信息,IMEC 從 2002年開(kāi)始研究應(yīng)用于智能環(huán)境的多模/多媒體系統(tǒng)及終端應(yīng)用設(shè)備,,2005 年后進(jìn)一步研究無(wú)線自動(dòng)轉(zhuǎn)換器解決方案和薄片內(nèi)系統(tǒng)技術(shù),。


(7)生物電子


IMEC 從 2002 年開(kāi)始研究生物電子,主要包括人體可穿戴傳感器網(wǎng)絡(luò),、生物電子混合系統(tǒng)等,2012 年研究出頭戴式腦電圖動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),。


在今年于比利時(shí)舉辦的IMEC技術(shù)論壇上,,他們展示了很多新專案的發(fā)展近況:


雷達(dá)作為監(jiān)控?cái)z影機(jī)的替代方案,在保護(hù)個(gè)人身份的前提下提供資料,;


三五族(III-V)制程和新電路設(shè)計(jì)的新計(jì)劃,,以打造更快、更高效且仍相容于CMOS制程的射頻(RF)元件,。該技術(shù)旨在服務(wù)從5G蜂窩式網(wǎng)路到太赫茲(THz)成像的廣泛應(yīng)用,。

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為了滿足未來(lái)所需要的速度,RF元件必須升級(jí)到使用III-V族材料,,且仍然相容于CMOS制程(source:eettaiwan)


與業(yè)界伙伴合作,,在當(dāng)今的鋰離子電池中采用硅作為陽(yáng)極替代石墨,提高了50%的密度,。另外,,他們認(rèn)為固態(tài)電池中使用鋰金屬將是下一個(gè)飛躍;


為實(shí)現(xiàn)人手觸摸手機(jī)顯示器表面的任何部份,就可以解鎖手機(jī),,且能同時(shí)包括用戶心率在內(nèi)的各種資料,,IMEC正與合作伙伴一起,為這種顯示器原型研究新型讀取電路,;


開(kāi)發(fā)了一種能以3D列印打造的塑料元件,,可以提供較當(dāng)今技術(shù)更高五倍的熱釋放效率;


探索影響先進(jìn)CMOS制程的各種分子級(jí)現(xiàn)象,;


使用電腦產(chǎn)生的影像和全息編解碼器打造數(shù)位全息圖的最新進(jìn)展,;


由上可以看到,IMEC一直走在產(chǎn)業(yè)的前沿,。


轉(zhuǎn)化成果,,

實(shí)現(xiàn)技術(shù)的最大價(jià)值


在研究了這么多技術(shù)之后,IMEC通過(guò)轉(zhuǎn)化,,實(shí)現(xiàn)其最大的價(jià)值,。


從“論文”的介紹中我們可以看到,IMEC 研究成果大多屬于戰(zhàn)略性先導(dǎo)技術(shù),,通常以此為基礎(chǔ)組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)合項(xiàng)目,。即使有成果可以商業(yè)化時(shí),IMEC 也堅(jiān)決通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)讓或孵化子公司的方式將其剝離,,以避免與合作伙伴或客戶產(chǎn)生商業(yè)競(jìng)爭(zhēng),。


對(duì)于與產(chǎn)業(yè)聯(lián)合項(xiàng)目無(wú)關(guān)或者市場(chǎng)已有的成熟技術(shù),IMEC 通常將其轉(zhuǎn)讓給外部公司,,包括工藝步驟,、模塊,甚至全套標(biāo)準(zhǔn)工藝,。IMEC 技術(shù)轉(zhuǎn)讓的核心是“Know-how”的轉(zhuǎn)移,,在提供相關(guān)技術(shù)文檔的同時(shí),也提供相應(yīng)的研發(fā)報(bào)告和培訓(xùn),,以幫助受讓方真正掌握和有效使用 IMEC 技術(shù),。


IMEC 成功轉(zhuǎn)讓過(guò)多種技術(shù),包括晶圓干法清洗工藝,、深亞微米 CMOS 工藝,,硅上氮化鎵技術(shù)、亞微米微機(jī)電系統(tǒng)制造,、嵌入式系統(tǒng)架構(gòu),、可靠性測(cè)試等,受讓國(guó)主要是亞洲國(guó)家,,如,,IMEC 曾將 0.35 μm 成套工藝轉(zhuǎn)讓給以色列 Tower 公司,將0.13 μm 成套工藝轉(zhuǎn)讓給馬來(lái)西亞 Silterra 公司。


另外,,IMEC將部分成果通過(guò)孵化公司的方式實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,,每年至少成立 1 家子公司。對(duì)于具有應(yīng)用價(jià)值但沒(méi)有外部公司引入的技術(shù),,IMEC 在充分可行性論證的基礎(chǔ)上一般采用這種方式將其商業(yè)化,。IMEC 通常將部分相關(guān)人員分離出去,并且將相關(guān)技術(shù)以一次性買斷的方式轉(zhuǎn)讓給子公司,,以換取子公司 5%~15% 的股權(quán),,由 IMEC成立的股權(quán)公司統(tǒng)一管理;同時(shí),,IMEC 還對(duì)孵化的子公司提供種子資金和基礎(chǔ)設(shè)施,。


正是在IMEC這類研究中心的的研究和合作模式的推動(dòng)下,我們整個(gè)科技社會(huì)才能發(fā)展得那么快,。另外,,你覺(jué)得李克強(qiáng)總理昨天提了的五個(gè)問(wèn)題是什么問(wèn)題?歡迎有創(chuàng)意的回復(fù),,謝謝,!


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