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[分享] 盘点那些可以改变半导体工程的颠覆性技术

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2024-6-25
发表于 2024-5-27 16:50:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
随着全球电子制造行业的竞争愈演愈烈,众多企业为了保持竞争优势不断内卷,半导体产品的开发成本正变得越来越高,开发也变得越来越复杂。那么那些颠覆性的技术是如何影响这些公司当前的战略,又是如何改变如今的工程方式的?
半导体开发竞赛愈演愈烈
面对劳动力短缺、供应链延误和材料匮乏等问题,芯片制造商正竞相开发新的和改进的半导体产品。较小的公司努力的寻求在该行业站稳脚跟,英特尔、三星、苹果和台积电(TSMC)等市场领先企业则在寻求竞争优势。


英特尔装配和测试技术开发工厂的玻璃基板测试装置。资料来源:英特尔
根据最近的报告,要保持在该行业的市场领先地位,台积电仍然是行业分析师们推荐的首选。然而,其竞争对手正在迅速缩小与其的差距。随着摩尔定律触及天花板,技术的局限性正在赶超创新潜力,企业在商业上可行的选择越来越少。
如果这些公司中的任何一家在半导体工程领域取得实质性进展,它们都可能会颠覆整个全球电子制造行业——这意味着它们要么将推动该行业走向一个新的利基市场,要么在领先企业争相寻找新立足点的过程中,引发非常规研发的爆炸式增长。
企业要想在半导体市场中占有一席之地,所需的成本越来越高。2019年至2022年,制造成本增加了7%,进口价格上涨了5.7%。一些颠覆性技术可能会为企业提供一种方法,来应对影响其盈利的日益增长的需求和物流压力。
颠覆半导体工程的4项技术
一些新技术将颠覆半导体产品的设计、生产和分销,对电子制造业产生重大影响。
1.自愈、可变形的软复合材料
卡内基梅隆大学的一个研究小组通过将液体弹性体和镓铟合金的微小液滴相结合,开发出了一种具有高导电性和导热性的新型软复合材料。他们将自己的成果命名为“Thubber”。
Thubber的性能与液体硅橡胶类似(工作温度范围为-175℃至205℃),可在-80℃到200℃的范围内保持其柔韧性。
电流通过Thubber时会引起内部加热,从而产生相变反应,因此无需外部热源。当使用导热油或铝板比较困难时,可将其制成超柔性薄膜。


“Thubber”的纳米CT扫描图,显示橡胶材料内部的液态金属微滴。资料来源:卡内基梅隆大学
2.用带状聚合物包裹碳纳米管
杜克大学的研究人员最近推出了一种新型碳基半导体开发方法。这种由碳原子组成的微型圆柱体比钢铁还要坚固,但宽度仅为头发丝的几分之一,这对电子制造来说具有重大意义。
此前,由于碳原子组成的微型圆柱体无法被关断,限制了它们在电子领域的应用,因此不具备商业价值。研究小组通过在金属纳米管周围缠绕特殊的螺旋状聚合物,将其电子特性从导体改变为半导体,从而解决了这一问题。
3.用玻璃基板进行半导体封装
玻璃价格便宜,热性能优越,并且具有与硅相似的物理特性。它还能长期保持形状,几乎不会变形或退化,从而可以提高电子产品的寿命和性能。
与当今的有机基底相比,玻璃基底具有更高的信号性能,这也是玻璃基底在先进半导体封装解决方案中逐渐普及的原因。对于下一代电子产品中需要高密度、高性能互连的新兴应用来说,玻璃基板是理想之选。
4.二维铁电场效应晶体管
芯片制造商竞相将人工智能技术应用于微芯片的新兴趋势给半导体工程带来了挑战,因为其资源密集型的特性导致其能源消耗成本较高。二维铁电场效应晶体管的发展可能有助于解决这个问题。
这项技术利用了氧化铪和硫化锡的电气特性。它们渐进切换铁电畴的能力使它们的运行速度比人类突触快一万倍,同时能耗极低,这为开发纳米级超低功耗、高精度人工神经形态网络开辟了新天地。
这些颠覆性技术有商业化潜力吗?
与所有其他颠覆性技术一样,这些半导体工程的新方法必须具有长期的商业可行性,才能引起人们的兴趣,或能长期的在领先企业面前保持竞争力。在大多数情况下,这些新兴技术将有很长的上市时间,因为它们是为下一代电子产品而设计的。
就用聚合物包裹的碳纳米管而言,研究人员承认,他们的新颖开发方法离实际应用可能还很遥远。用于半导体封装的玻璃基板的情况也是如此,应力和堆积限制等问题限制了其商业可行性。
对一些业内人士来说,这些颠覆性技术漫长的上市时间可能会令人沮丧,但它们仍然是充满希望的。毕竟,不断增长的苦恼本身就是推动半导体工程进步的组成部分。随着这些技术不断引起人们的兴趣,发展加速的可能性非常大。
文章来源于EDN电子技术设计,作者Ellie Gabel

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