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这位华人发明了FinFET,延续了摩尔定律,还被奥巴马授予美国最高科技奖

2016年5月19日,美国总统奥巴马在白宫为2015年度美国最高科技奖项获得者颁奖,包括9名国家科学奖获得者和8名国家技术和创新奖获得者。其中两张华裔面孔格外引人注意,包括80岁高龄的何南施女士(Nancy ho),出生于南京,1957年毕业于台湾大学。

她1993年制造出一种酵母,除了让木糖发酵,也可以吧果糖变成乙醇,因此能够利用稻草之类的非食用材料大量制造乙醇,帮助减少对进口石油的依赖。

另一位是胡正明教授,他1947年出生于北京豆芽菜胡同,在台湾长大,后来考入加州大学伯克利分校,曾任台积电首席技术官。

胡正明教授

胡正明(Chenming Hu) ,微电子学家。美国国籍。1947年7月出生于中国北京。1973年获美国加州大学伯克利分校博士学位。现任美国加州大学伯克利分校杰出讲座教授、北京大学计算机科学技术系兼职教授、中国科学院微电子所荣誉教授、台湾交通大学(新竹)微电子器件荣誉教授、1991-1994年任清华大学(北京)微电子学研究所荣誉教授。1997年当选为美国工程科学院院士。2007年当选中国科学院外籍院士。

胡正明教授是鳍式场效晶体管(FinFET)的发明者,2010年后,Bulk CMOS工艺技术在20nm走到尽头,胡教授的FinFET和FD-SOI工艺发明得以使14nm/16nm摩尔定律在今天延续传奇。

12年前,胡正明教授在加州大学领导着一个由美国国防部高级研究计划局(DARPA)出资赞助的研究小组,当时他们的研究目标是CMOS技术如何拓展到25nm领域,当时的研究结果显示有两种途径可以实现这种目的:一是立体型结构的FinFET晶体管,另外一种是基于SOI的超薄绝缘层上硅体技术 (UTB-SOI,也就是我们常说的FDSOI晶体管技术),FinFET晶体管与英特尔所推崇的3D晶体管及其类似,只是名称不同而已。

胡正明教授是微电子微型化物理及可靠性物理研究的一位重要开拓者,对半导体器件的开发及未来的微型化做出了重大贡献。主要科技成就为:

领导研究出BSIM,从实际MOSFET晶体管的复杂物理推演出数学模型,该数学模型于1997年被国际上38家大公司参与的晶体管模型理事会选为设计芯片的第一个且唯一的国际标准;发明了在国际上极受注目的FinFET等多种新结构器件;对微电子器件可靠性物理研究贡献突出:首先提出热电子失效的物理机制,开发出用碰撞电离电流快速预测器件寿命的方法,并且提出薄氧化层失效的物理机制和用高电压快速预测薄氧化层寿命的方法。首创了在器件可靠性物理的基础上的IC可靠性的计算机数值模拟工具。

1985年应严东生院士邀请,胡正明等三位美国科学家提出了发展我国微电子科学技术的战略性的重要咨询建议,对当时我国微电子科学技术的发展有较大影响。1981年以来与电子科技大学、中国科学院微电子所、北京大学、清华大学、复旦大学、浙江大学等校进行合作研究并作学术讲座,协助推动在中国召开国际会议。1990年在北大与清华设置五名研究生奖学金,并鼓励中国留学生回国发展半导体工业。

胡正明为国立台湾大学电机工程学士、柏克莱加大电机及计算机硕士、博士,曾任美国麻省理工学院电机及计算机系教授,并有多项学术荣誉:为美国国家工程院院士、柏克莱加州大学校长讲座教授、TSMC杰出讲座教授、国立交通大学名誉教授、IEEE Fellow、北京清华大学名誉教授、中华民国国科会第一届杰出讲座、柏克莱加州大学杰出教学奖等。

曾任台积电技术长的胡正明,被称为“台湾第一技术长”。这位“美国国家工程院院士”以“科学家”之姿,以最直接的方式贡献台湾半导体界,期间,并创下新竹科学园区有史以来,第一位获数理组院士的半导体业人士。

2004年,胡正明重返柏克莱加大,结束他在台积电的一千个日子,回到学术界,现仍为台积电顾问。任教职之外,胡正明的产业经验不仅在台积电,也曾创办Celestry Design Technologies, Inc、并曾任国家半导体公司非挥发性记忆体研发经理,除了学术、产业的杰出表现之外,还当过旧金山东湾中文学校董事长。他在学术领域屡创高峰,在电晶体尺寸及性能研发上屡次创新世界纪录,也为积体电路设计订定出第一个国际标准电晶体模型。他拥有美国专利逾百项,期刊及会议文献发表约八百件。

胡教授及其团队成员发表了有关FinFET(1999年发布)和UTB-SOI(2000年发布)的技术文章后,大部分半导体厂商的开发工作方向转向了FinFET技术,因为他们都认为要想制造出UTB-SOI上如此薄的硅膜实在太困难了。

胡教授曾说:“我当时觉得我们恐怕没有办法搞到可以满足这种条件的SOI基体,没有公司能够对外供应硅膜厚度仅有5nm(50埃,仅相当12-15个硅原子的尺寸)的SOI晶圆。我当时觉得这不太可能实现,或者说等人们具备这种技术能力时,FinFET技术可能已经得到了充分的发展。不过两年前法国Soitec公司改变了这种情况,他们开始推出300mm UTB-SOI的晶圆样品,这些晶圆的顶层硅膜原始厚度只有12nm,然后再经处理去掉顶部的7nm厚度硅膜,最后便可得到5nm厚度的硅膜。这便为UTB-SOI技术的实用化铺平了道路。”

胡教授认为,FinFET和UTB-SOI技术是可以并存的,不过在未来几年内,两者都会想尽办法彼此超越对方成为主流技术。现在Intel采用了FinFET技术,原因是这种技术可以让微处理器的性能相对更强。他认为台积电公司会在14nm节点开始采用FinFET技术,然后则会为低功耗产品的用户推出应用了UTB-SOI技术的产品。而联电公司则会减轻对FinFET技术的投资力度,并直接转向UTB-SOI技术。

华为新顶级的手机芯片麒麟950就是采用了16nm FinFET+工艺,这表明中国企业在半导体工艺方面站上了业界最前沿。据业内人士说,其背后一位隐世高人就是胡正明教授。2013年,正在研发麒麟950的华为芯片团队拜访了胡正明教授,与其进行了深入的交流,做出了通过技术创新突破瓶颈的选择:跳过20nm,开始了16nm FinFET+工艺的技术突破之旅。当前在手机芯片制造领域拥有FinFET技术的只有三星和台积电,其来源都是胡正明教授。华为之所以选择台积电,一方面可能由于和台积电有长期的合作关系,另外一方面,应该也是对胡正明教授的信任和致敬吧。

作为顶级半导体专家,胡正明教授贡献卓著,他是IEEE Fellow、美国工程院院士、中国工程院外籍院士。在台积电担任CTO时获得“台湾第一CTO”的雅号。但胡正明是一位真正的隐世高人,淡泊名利,一生都奉献给了最热爱的半导体产业,并且无怨无悔,用他自己的话说“如果我今天要重新再选一行的话,我还是会选半导体这一行”。2010年后,持续数十年的Bulk CMOS工艺技术在20nm走到尽头,胡教授在20年前开始探索并发明的FinFET和FD-SOI工艺,成为半导体产业仅有的两个重要选择。因为他的两个重要发明,摩尔定律在今天得以再续传奇。

美国国家技术和创新奖

美国国家技术和创新奖1980年立法设立,由美国联邦政府商务部下属专利商标局管理。一个独立委员会负责向美国总统提名获奖人,表彰那些为提供美国竞争能力、国民生活品质和劳动力技术素质作出持久贡献的人士。美国国家科学奖是美国科学界最高荣誉,1959年设立,由美国国家科学基金会管理,由另一个独立委员会向总统提名,表彰在化学、工程、计算、数学、生物、行为和社会以及其他自然科学领域作出杰出贡献的人士。

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