半導體工藝技術：它的歷史、趨勢和演變

半導體行業的數字、模擬、工具、制造和材料領域都有重大發展。芯片開發需要從設計到制造的各個層面的先進復雜工藝。為了應對目前正在蔓延的對半導體日益增長的需求，需要從建筑設計到可持續材料采購和端到端制造進行重大變革。因此，采用高效的最新技術，并解決先進工藝節點的生產，是該行業的現狀。

物聯網和半導體用于數字化轉型：

最近，我們的互聯網、智能設備和5g都有了重大發展。我們需要從根本上了解將導致這一新創新的基本技術。隨著半導體技術發展物聯網和5g，人工智能的進化將盡早到來。在過去的30年里，半導體技術已經成為提升計算能力的驅動力。一般來說，大約50%的計算硬件成本被認為是半導體。基于這種半導體技術，人工智能計算設備將更無縫地滲透到社會中。例如，自動駕駛汽車是一種移動邊緣計算，使用高級算法來處理和分析運行數據。有了5g通信基礎設施，人工智能和機器學習使用計算機視覺來了解周圍環境，并計劃和執行安全駕駛操作。這使移動更加安全、智能和高效。從供水系統到服裝，物聯網設備將任何產品都變成了智能設備。高需求行業包括零售、醫療保健、生命科學、消費品和工業物聯網。

在即將到來的創新中，個性化芯片變得更容易獲得，芯片生產變得更高效，更重要的是，更可持續。當連接設備在未來變得更加流行時，物聯網對半導體行業變得更加重要。在智能手機行業停滯不前之后的當下，我們必須尋找其他方式來發展一個有潛力的行業。當然，最合乎邏輯的選擇是物聯網。由于沒有傳感器和集成電路，物聯網應用就無法工作，因此所有物聯網設備都需要半導體。在長期引領半導體行業增長的智能手機市場趨于平淡的同時，物聯網市場將為半導體制造商帶來新的收入，并將從每年3%增長到4%。

半導體的巨大趨勢和未來前景

半導體的工藝節點是指示諸如芯片之類的晶體管的大小的指標。節點數量逐年增加，計算能力也相應提高。這是一個節點，意味著不同的電路生成和架構。技術節點越小，功能尺寸越小，晶體管越小，能效越快。因此，更小的外形尺寸能夠開發出更復雜的計算機和設備。工藝節點與CMOS晶體管的性能之間也存在相關性。頻率、功率和物理大小會隨著工藝節點的選擇而變化。因此，了解半導體工藝在未來如何演變變得非常重要。半導體技術節點的歷史可以追溯到20世紀70年代，當時英特爾宣布了第一個微處理器4004。從那時起，隨著半導體技術的節點尺寸的發展，計算能力呈指數級增長。現在，它生產更小、更強大的設備，如智能手機、平板電腦和可穿戴終端。例如，蘋果A15仿生學采用了7納米節點技術，這是蘋果目前最新產品的核心，可操作近40億個晶體管。

工藝節點在半導體技術中的作用

影響微控制器性能的一個重要因素是半導體節點。由于技術進步，每臺微型計算機中的節點數量都有所增加，過去幾年的這一趨勢預計將持續下去。技術節點（工藝節點、工藝技術或簡稱為節點）是指特定的半導體制造工藝及其設計規則。如果節點不同，則電路的生成或架構通常不同。技術節點越小，功能尺寸越小，晶體管越小，速度越快，能效越高。這里，從歷史的角度來看，工藝節點的名稱取自晶體管的各種特性，例如柵極長度和M1半節距。然而，最近，營銷和制造商之間的差異已經失去了它們曾經的確切含義。一個新的技術節點，如22nm、16nm、14nm和10nm，只是某些技術制造的芯片產生的指標。它不反映門的長度或半節距。然而，目前的情況是，主要制造商的命名受到尊重。

最初，初期的半導體工藝以HMOs III和CHMOS v命名。新一代工藝將被稱為技術節點或工藝節點。這是工藝晶體管納米（歷史上為一微米）工藝（如90nm工藝）的最小特征尺寸的柵極長度的表示。然而，自1994年以來，情況發生了變化，工藝節點名稱所用的納米數已成為一個與實際功能尺寸和晶體管密度（每平方毫米晶體管數）無關的營銷術語。

技術節點的演變

開始技術節點對應于晶體管的物理特征尺寸。每臺微型計算機都由晶體管組成，晶體管本質上切換電流，使微型計算機能夠執行邏輯功能。技術節點，如28nm和65nm，指向可以在布局上繪制的最小數據形狀（半節距或柵極長度）。然而，在技術節點的名稱中沒有標準規則，并且上述28nm和65nm是從傳統平面MOSFET中所示的晶體管的最小柵極長度導出的。該技術節點通常顯示如何將高密度晶體管放置在1平方毫米的基板上。然而，隨著技術創新發生在22納米和鰭狀場效應晶體管（FinFET）之后，結構變得三維，字柵極長度不再適合工藝技術。隨著從平面結構到FinFET和柵極環繞FET（GAA-FET）的轉變，諸如10nm和5nm的技術節點不再反映柵極長度和半節距。

為了實現下一代IoT設備，瑞薩在開發新工藝技術方面發揮著重要作用。隨著物聯網的普及，設計師們正在尋求減小設備的尺寸、速度和節能。為了滿足這種需求，瑞薩開發了一種新的物聯網設備最小化和低功耗工藝技術。它有40納米優化的閃存微型計算機，具有最小功耗和最大性能，110納米優化的寬電壓范圍和最小功耗。瑞薩rl78、RA和Rx微型計算機可以以比以往任何時候都更高的速度運行，并以低功耗運行，同時保留所有功能和特點。

瑞薩是一家為工業和消費電子產品提供半導體解決方案的領先公司，也是支持物聯網和最近的國際物聯網的新技術開發的先進方法。一個例子是我們在稱為mf4的110 nm區域開發了自己的低功率工藝技術，這導致了適用于廣泛端點的超低功率器件的開發。隨著從汽車到消費電子產品的所有產品都連接到互聯網，以及越來越多的設備上網，對這些低功耗設備的需求正在增加，能源消耗也有增加的風險。為了解決這個問題，瑞薩開發了一種新的電源管理系統，可以將功耗降低30%，從而可以用比以往更低的功率生產更小的芯片。