半导体工艺技术：它的历史、趋势和演变

半导体行业的数字、模拟、工具、制造和材料领域都有重大发展。芯片开发需要从设计到制造的各个层面的先进复杂工艺。为了应对目前正在蔓延的对半导体日益增长的需求，需要从建筑设计到可持续材料采购和端到端制造进行重大变革。因此，采用高效的最新技术，并解决先进工艺节点的生产，是该行业的现状。

物联网和半导体用于数字化转型：

最近，我们的互联网、智能设备和5g都有了重大发展。我们需要从根本上了解将导致这一新创新的基本技术。随着半导体技术发展物联网和5g，人工智能的进化将尽早到来。在过去的30年里，半导体技术已经成为提升计算能力的驱动力。一般来说，大约50%的计算硬件成本被认为是半导体。基于这种半导体技术，人工智能计算设备将更无缝地渗透到社会中。例如，自动驾驶汽车是一种移动边缘计算，使用高级算法来处理和分析运行数据。有了5g通信基础设施，人工智能和机器学习使用计算机视觉来了解周围环境，并计划和执行安全驾驶操作。这使移动更加安全、智能和高效。从供水系统到服装，物联网设备将任何产品都变成了智能设备。高需求行业包括零售、医疗保健、生命科学、消费品和工业物联网。

在即将到来的创新中，个性化芯片变得更容易获得，芯片生产变得更高效，更重要的是，更可持续。当连接设备在未来变得更加流行时，物联网对半导体行业变得更加重要。在智能手机行业停滞不前之后的当下，我们必须寻找其他方式来发展一个有潜力的行业。当然，最合乎逻辑的选择是物联网。由于没有传感器和集成电路，物联网应用就无法工作，因此所有物联网设备都需要半导体。在长期引领半导体行业增长的智能手机市场趋于平淡的同时，物联网市场将为半导体制造商带来新的收入，并将从每年3%增长到4%。

半导体的巨大趋势和未来前景

半导体的工艺节点是指示诸如芯片之类的晶体管的大小的指标。节点数量逐年增加，计算能力也相应提高。这是一个节点，意味着不同的电路生成和架构。技术节点越小，功能尺寸越小，晶体管越小，能效越快。因此，更小的外形尺寸能够开发出更复杂的计算机和设备。工艺节点与CMOS晶体管的性能之间也存在相关性。频率、功率和物理大小会随着工艺节点的选择而变化。因此，了解半导体工艺在未来如何演变变得非常重要。半导体技术节点的历史可以追溯到20世纪70年代，当时英特尔宣布了第一个微处理器4004。从那时起，随着半导体技术的节点尺寸的发展，计算能力呈指数级增长。现在，它生产更小、更强大的设备，如智能手机、平板电脑和可穿戴终端。例如，苹果A15仿生学采用了7纳米节点技术，这是苹果目前最新产品的核心，可操作近40亿个晶体管。

工艺节点在半导体技术中的作用

影响微控制器性能的一个重要因素是半导体节点。由于技术进步，每台微型计算机中的节点数量都有所增加，过去几年的这一趋势预计将持续下去。技术节点（工艺节点、工艺技术或简称为节点）是指特定的半导体制造工艺及其设计规则。如果节点不同，则电路的生成或架构通常不同。技术节点越小，功能尺寸越小，晶体管越小，速度越快，能效越高。这里，从历史的角度来看，工艺节点的名称取自晶体管的各种特性，例如栅极长度和M1半节距。然而，最近，营销和制造商之间的差异已经失去了它们曾经的确切含义。一个新的技术节点，如22nm、16nm、14nm和10nm，只是某些技术制造的芯片产生的指标。它不反映门的长度或半节距。然而，目前的情况是，主要制造商的命名受到尊重。

最初，初期的半导体工艺以HMOs III和CHMOS v命名。新一代工艺将被称为技术节点或工艺节点。这是工艺晶体管纳米（历史上为一微米）工艺（如90nm工艺）的最小特征尺寸的栅极长度的表示。然而，自1994年以来，情况发生了变化，工艺节点名称所用的纳米数已成为一个与实际功能尺寸和晶体管密度（每平方毫米晶体管数）无关的营销术语。

技术节点的演变

开始技术节点对应于晶体管的物理特征尺寸。每台微型计算机都由晶体管组成，晶体管本质上切换电流，使微型计算机能够执行逻辑功能。技术节点，如28nm和65nm，指向可以在布局上绘制的最小数据形状（半节距或栅极长度）。然而，在技术节点的名称中没有标准规则，并且上述28nm和65nm是从传统平面MOSFET中所示的晶体管的最小栅极长度导出的。该技术节点通常显示如何将高密度晶体管放置在1平方毫米的基板上。然而，随着技术创新发生在22纳米和鳍状场效应晶体管（FinFET）之后，结构变得三维，字栅极长度不再适合工艺技术。随着从平面结构到FinFET和栅极环绕FET（GAA-FET）的转变，诸如10nm和5nm的技术节点不再反映栅极长度和半节距。

为了实现下一代IoT设备，瑞萨在开发新工艺技术方面发挥着重要作用。随着物联网的普及，设计师们正在寻求减小设备的尺寸、速度和节能。为了满足这种需求，瑞萨开发了一种新的物联网设备最小化和低功耗工艺技术。它有40纳米优化的闪存微型计算机，具有最小功耗和最大性能，110纳米优化的宽电压范围和最小功耗。瑞萨rl78、RA和Rx微型计算机可以以比以往任何时候都更高的速度运行，并以低功耗运行，同时保留所有功能和特点。

瑞萨是一家为工业和消费电子产品提供半导体解决方案的领先公司，也是支持物联网和最近的国际物联网的新技术开发的先进方法。一个例子是我们在称为mf4的110 nm区域开发了自己的低功率工艺技术，这导致了适用于广泛端点的超低功率器件的开发。随着从汽车到消费电子产品的所有产品都连接到互联网，以及越来越多的设备上网，对这些低功耗设备的需求正在增加，能源消耗也有增加的风险。为了解决这个问题，瑞萨开发了一种新的电源管理系统，可以将功耗降低30%，从而可以用比以往更低的功率生产更小的芯片。