這是摩爾定律的PPT，包括了什么是摩爾定律？摩爾定律面臨的挑戰(zhàn)，新技術帶來的突破，尺寸更小，電子遷移率更高的碳納米管等內容，歡迎點擊下載。

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摩爾定律面臨的挑戰(zhàn) 目錄 1.什么是摩爾定律？ 2.摩爾定律面臨的挑戰(zhàn) 3.新技術帶來的突破 什么是摩爾定律 盡管這種趨勢已經持續(xù)了超過半個世紀，摩爾定律仍應該被認為是觀測或推測，而不是一個物理或自然法。預計定律將持續(xù)到至少2015年或2020年。然而，2010年國際半導體技術發(fā)展路線圖的更新增長已經放緩在2013年年底，之后的時間里晶體管數(shù)量密度預計只會每三年翻一番。 定律驗收：1975年，在一種新出現(xiàn)的電荷前荷器件存儲器芯片中，的確含有將近65000個元件，與1965年摩爾的預言一致。另據Intel公司公布的統(tǒng)計結果，單個芯片上的晶體管數(shù)目，從1971年4004處理器上的2300個，增長到1997摩爾定律年PentiumII處理器上的7.5百萬個，26年內增加了3200倍。如果按“每兩年翻一番”的預測，26年中應包括13個翻番周期，每經過一個周期，芯片上集成的元件數(shù)應提高2n倍（0≤n≤12），因此到第13個周期即26年后元件數(shù)這與實際的增長倍數(shù)3200倍可以算是相當接近了。 摩爾定律面臨的挑戰(zhàn) 摩爾定律問世已40多年，人們不無驚奇地看到半導體芯片制造工藝水平以一種令人目眩的速度提高。Intel的集成電路微處理器芯片Pentium4的主頻已高達2GHz，2011年推出了含有10億個晶體管、每秒可執(zhí)行1千億條指令的芯片。這種發(fā)展速度是否會無止境地持續(xù)下去是成為人們所思考的問題。 從技術的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復雜性和差錯率也將呈指數(shù)增長，同時也使全面而徹底的芯片測試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達到納米（10-9米）數(shù)量級時，相當于只有幾個分子的大小，這種情況下材料的物理、化學性能將發(fā)生質的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導體器件不能正常工作，摩爾定律也就要走到盡頭。 物理學家加來道雄（Michio Kaku）是紐約城市大學一名理論物理學教授，2012年接受采訪時稱摩爾定律在叱咤芯片產業(yè)47年風云之久后，正日漸走向崩潰。這將對計算機處理進程產生重大影響。在未來十年左右的時間內，摩爾定律就會崩潰，單靠標準的硅材料技術，計算能力無法維持快速的指數(shù)倍增長。 加來道雄表示導致摩爾定律失效的兩大主因是高溫和漏電。這也正是硅材料壽命終結的原因。加來道雄表示這與科學家們最初預測摩爾定律沒落大相徑庭�？茖W家應該能繼續(xù)挖掘硅部件的潛力，從而在未來幾年時間里維持摩爾定律的生命力；但在3D芯片等技術也都耗盡潛力以后，那么也就將達到極限。 芯片的功耗包括由CMOS管狀態(tài)改變所產生的動態(tài)功耗與由漏電流產生的靜態(tài)功耗。 其中靜態(tài)功耗包括三個部分：A、CMOS管亞閾值電壓漏電流所需功耗；B、CMOS管柵極漏電流所需功耗；C、CMOS管襯底漏電流（BTBT)所需功耗。 柵極氧化層隨著晶體管尺寸變小而越來越薄，目前主流的半導體制程中，甚至已經做出厚度僅有1.2納米的柵極氧化層，大約等于5個原子疊在一起的厚度而已。在這種尺度下，所有的物理現(xiàn)象都在量子力學所規(guī)范的世界內，例如電子的穿隧效應。因為穿隧效應，有些電子有機會越過氧化層所形成的位能障壁（potential barrier）而產生漏電流，這也是今日集成電路芯片功耗的來源之一。 盡管如果晶體管不能繼續(xù)“瘦身”，摩爾定律就會失效，芯片產業(yè)的后硅元素時代不應當被忽視。當傳統(tǒng)硅晶體管最終不能繼續(xù)發(fā)展后，芯片還可以采用其他多種元素。 目前，晶體管的源極、漏極和通道是用硅元素制成的，它們也可以由砷化銦、砷化鎵、氮化鎵和化學元素周期表上第三和第五族的其他元素制成。來自化學元素周期表中不同的族，意味著晶體管材料有不同的屬性，它們的一大特性是有更高的電子遷移率，這意味著電子遷移速度更快，晶體管速度也可以因此更高。 然而，這也只是權宜之計。其它材料雖然有潛力，但是遲早會遇到與硅同樣的問題。 Intel今年已經開始量產14nm工藝，下一代工藝將是10nm，Intel原本計劃在2015年底開始投產10nm工藝。隨著半導體工藝進入10nm內，新一代EUV光刻（極紫外光刻）設備也愈加重要，這還要看荷蘭ASML公司的研發(fā)進度了。日前該公司公布了Q3季度財報，其中提到他們將在2016年10nm工藝節(jié)點上正式啟用EUV光刻工藝，首個客戶普遍認為是Intel公司。 不過EUV工藝拖延了這么多年，Intel對此早就淡定了，此前他們表示就算沒有EUV光刻工藝，他們也懂得如何在7nm工藝制造芯片，言外之意就是有EUV工藝更好，沒有EUV也行的，英特爾不差這點。 按照英特爾的路線圖，2017年就要進步到7nm工藝，不知道在這樣發(fā)展下去硅原子的物理極限怎么突破，要輪到新材料出場了么？ 從經濟的角度看，正如摩爾第二定律所述，20-30億美元建一座芯片廠，線條尺寸縮小到0.1微米時將猛增至100億美元，比一座核電站投資還大。由于花不起這筆錢，越來越多的公司退出了芯片行業(yè)。 摩爾在《經濟學家》雜志上撰文寫道：“現(xiàn)在令我感到最為擔心的是成本的增加，…這是另一條指數(shù)曲線”。他的這一說法被人稱為摩爾第二定律。 新技術帶來的突破 2012年10月28日，美國IBM研究所科學家宣稱，最新研制的碳納米管芯片符合了“摩爾定律”周期，依據摩爾定律，計算機芯片每18個月集成度翻番，價格減半。傳統(tǒng)的晶體管是由硅制成，然而2011年來硅晶體管已接近了原子等級，達到了物理極限，由于這種物質的自然屬性，硅晶體管的運行速度和性能難有突破性發(fā)展。 IBM公司的研究人員在一個硅芯片上放置了1萬多個碳納米晶體管，碳納米晶體管的電子比硅質設備運行得更快。它們也是晶體管最理想的結構形式。這些優(yōu)異的性能將成為替代硅晶體管的原因，同時結合新芯片設計架構，未來將使微型等級芯片實現(xiàn)計算機創(chuàng)新。 后硅時代最有希望的一種晶體管材料是石墨烯。石墨烯可以卷成一個納米管，平面的石墨烯也能用作半導體材料。石墨烯擁有獨特的物理、化學和結構特性，尤其值得關注的是，電子可在石墨烯結構中以1/300光速的超高速度運行，如果用石墨烯連接晶體管中的源極和漏極，晶體管的開關速度可以非常高，因此被視為制造下一代芯片的理想材料。使用石墨烯制造的處理器頻率有望達到1THz以上，是目前硅芯片的100到1000倍。芯片廠商Analog Devices首席技術官薩姆·福勒(Sam Fuller)表示，“我認為石墨烯前景非常好。” 總結：以目前的各種發(fā)展情況來看，摩爾定律確實面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，但芯片技術也依然在有序健康的發(fā)展。今天的技術瓶頸也許在明天就不再是問題，畢竟我們能預見的未來只有十到十五年。如果說十年后摩爾定律就會失效的話，那誰又能保證二十年后摩爾定律不會重新“復活”呢？ 謝謝XSz紅軟基地

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