鍺硅存儲器

A. 當前計算機內存儲器使用的是什麼材料

晶圓

由於是晶體材料，其形狀為圓形，所以稱為晶圓。襯底材料有硅、鍺、GaAs、InP、GaN等。由於硅最為常用，如果沒有特別指明晶體材料，通常指硅晶圓。

在硅晶片上可加工製作成各種電路元件結構，而成為有特定電性功能的集成電路產品。晶圓的原始材料是硅，而地殼表面有用之不竭的二氧化硅。

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經常會看到有些以尺寸表示的晶圓廠，如12英寸晶圓廠，8英寸晶圓廠。12英寸指的是晶圓的直徑，差不多相當於300mm，晶圓尺寸越大，製造難度越高，切割的出來的晶元也會更多。隨著晶元尺寸越來越小，一塊晶圓上可以切割出數千個晶元。

12英寸目前是市場的主流，將近七成的晶圓產能為12英寸，8英寸的產能逐漸減少。接下來就是包括光刻，製作晶體管，晶圓切割，測試，封裝等一系列復雜工序，最後得到晶元成品。

B. 通信晶元的相關特點

小巧玲瓏
美國模擬器件公司(ADI) 日前新研製成功世界上第一款用於無線通信手機的完全基於 (RAM)的基帶晶元組。這款小小的SoftFone晶元組，體積小巧，僅像火柴盒一般大小，能夠使行動電話廠商和終端用戶輕松定製、選擇功能。這種晶元組的功耗較小，成本也比較低，因而極具競爭優勢。SoftFone晶元組完全基於RAM，GSM行動電話廠商可利用普通硬體平台裝入不同版本的軟體，以支持從高端到低端的全系列手機。ADI的這款SoftFone晶元組將於今年8月初大批面市。
為了進一步縮小通信晶元的體積，科學家們正在研製一系列的採用非硅材料製造的晶元，例如砷化鎵(GaAs)晶元、鍺(Ge)晶元以及硅鍺(SiGe)晶元等。 這些非硅通信晶元的體積更小巧，能夠用來製造輕、薄、短、小的通信設備。
為了使通信終端設備做得越來越小，在數字蜂窩電話中，芯核RISC處理器構成一個高集成度子系統的一部分。基帶部分，即RF 部分在通常的情況下集成一個RISC微控制器、一個低成本DSP、鍵盤、存儲器、屏控制器和連接邏輯。ARM公司的ARM7 TDM1十分適合於這種應用，其每兆赫僅消耗1.85mW，相對低的 13MHz 速率與GSM900系統中的微控制器同步。RISC芯核在晶元上僅佔4.9m2的面積，可以在較低的電壓下工作，因而片上存儲器的功耗往往低於片外存儲器。ROM的功耗也小於SRAM。在可能的情況下，採用空載模式更能節省功率。在一般情況下，片上必需包括一個鎖相環為DSP提供時鍾信號。
高集成度在DSP晶元中也應用得很廣泛。 為用低功耗的小型器件進行高水準的調制和解調演算法作業，已經開發出包含有DSP內核電路的單片演算法IC。在21世紀初的幾年內，隨著微細化工藝技術的不斷發展，在更多地採用0.25μmCMOS工藝之後，集成度將會得到進一步的提高，而電壓和功耗將會進一步降低，從而能夠將用於協議處理的CPU內核電路也全部集中製作在一枚小小的晶元上。 Texas Instruments(TI)公司日前新推出的TMS320C6203產品，有250MHz、300MHz兩種型號，執行速度高達2900MIPS，是目前世界上速度最快的DSP產品。這款晶元集成了7Mbits內存，是目前在單機芯DSP里集成的最大內存，採用18m2的BGA封裝，能夠節省插件板/系統空間，適用於3G無線基站、電信系統和網路基礎設施的設備。
使通信晶元實現微型化的另一種有效的途徑，是在半導體通信晶元製造工藝中採用更先進的光刻技術，科學家們讓光透過掩膜形成一個影像，利用透鏡使這個影像縮小，並且巧妙地利用這種投影光，把晶元電路的輪廓投射到塗有一層硅的光刻膠上面，通過對透鏡的改進，縮短光的波長，並且改進光阻材料，就可以把晶元電路蝕刻得更加細致入微，更加精確，從而製造出集成度更高、體積更小的通信晶元，使用這種晶元的移動通信設備將變得更加便攜。
快如閃電
第三代移動通信正在崛起，3G與第一代以及第二代移動通信技術最大的不同，在於3G需要面向Internet和數據通信。因此，對新一代的手機IC晶元提出了更好的要求，要求手機IC晶元具有更強大的數據存儲和數據處理能力，必需擁有更廣闊的存儲空間，用來存儲從網上下載的各種數據信息。此外，還要求新一代手機中被處理的信息不再僅僅是語音和指令，而是更復雜的多媒體信息，因此，要求新一代手機IC晶元必需擁有更高速的數據處理能力，要求其速度快如閃電。
為了使新一代手機擁有更大的存儲能力和更快的數據處理能力，將會提高手機的功耗，而要達到大數據量存儲、高速處理和功耗不增加這三種要求,新一代手機應當採用嵌入式flash（快閃）存儲技術、高性能的DSP和降低電池電壓等各種手段。
高速介面IC，用於通信網路的中繼傳輸和幾個通信系統之間的高速傳輸，傳輸速度已經按照ITU規定的SHD實現標准化。除了與光纜介面的激光器驅動電路和光接收電路等光電變換電路之外，其它的諸如幀同步、糾錯以及傳輸匯流排的多路分離等，都需要利用目前已經向著微細化發展的CMOS 技術的高集成度;將其製作在一枚小小的晶元上。目前，以0.35μmCMOS技術製作的通信介面IC，能夠以2.4Gbps的速度進行各種傳輸信息的處理。
藍色巨人IBM和北方電訊(Nortel) 公司的科學家們還聯合研製出了一款製造材料既非硅、也非鍺的新型晶元，這就是SiGe晶元，它是由硅(Si)和鍺(Ge)兩種材料的混合物製造而成的，稱為SiGe混合物半導體晶元。 根據這兩家公司的合作協議，Nortel公司負責為幾種高速通信應用程序專門設計這種新型SiGe晶元，而IBM公司則負責專門生產這種晶元。 這種SiGe晶元是目前其他一些非硅半導體晶元諸如砷化鎵晶元的有益的補充，SiGe晶元能夠有力地支持研發更復雜、高速的通信新產品。與砷化鎵晶元比較，SiGe晶元有著其明顯的優勢，SiGe晶元的集成度更高，體積更小，功耗也更少。此外，SiGe晶元還有一個突出的優點，它可以用現有的硅晶元生產設備進行加工，而不必另外添置其它的加工設備，從而能夠有效地降低生產成本，與其他的非硅晶元更具有價格優勢。
美國密執安大學工程學院在最近研製成功一種新型光學晶元，這種晶元可以大大增加數據高速公路的信息容量，使上網用戶獲益匪淺。這種晶元是目前高速光電子信號檢測的世界紀錄保持者，它可以接收速度高達24Mbps的以激光脈沖傳輸的數據，而目前絕大多數同類產品能夠處理的數據傳輸速度，僅為11兆位/秒。這所工程學院新推出的光學晶元，在同一種半導體疊層中集成了光檢測儀和放大裝置，不必採用會增加混合光感接收器製造成本的連接電線。這種晶元的電路包括一個可檢測輸入光束的P 型光電二極體和一個放大高速信號的異結雙極晶體管。這種晶元是在密執安大學固態電子實驗室採用一種半導體工業最常用的單步分子束外延生長工藝研製成功的。雖然目前這種光學晶元的成本還比較高，但是，一旦這種製造技術實現了標准化，那麼，光學晶元的成本和價格就會大大降低，屆時，光學晶元就會在電子業界和通信業界得到廣泛的應用。
功能多樣
歐洲最大的半導體製造廠商Philips半導體公司日前推出新型的GSM GPRS晶元組，以便實現基於GSM行動電話系統的高速數據傳輸，為移動通信Internet和個人多媒體服務熱潮推波助瀾。這種晶元組基於Philips並購的 VLSI 技術公司的OneC基帶控制器，這是目前業界最高集成度的GSM解決方案，它將成為利用 GPRS進行高速數據傳輸的新一代行動電話的核心。這種綜合GPRS方案的射頻部分是由Philips開發的新型雙帶RF晶元組構成的。GPRS OneC 和Philips以及第三方的RF方案相容，成為一款面向3G的新產品。Philips的下一代將會集成更多的新功能，例如GPS、MP3以及Bluetooth等，並且直接面向UMTX、WCDMA以及CDMA-2000等3G移動通信標准。
Philips公司推出的兩款多功能電話通信晶元TEA1118以及 TEA1118A，可以應用於可視電話、傳真電話一體機和室內無繩電話基地台等。TEA1118 晶元具有各種DECT應用方案的多種語音電路功能，TEA1118A晶元也具有各種CTO/CT1模擬室內無繩電話所需的DTMF撥號插入和雜訊控制等多種功能。內置撥號和介面的低壓晶元TEA110A，則屬於TEA1112A的低價產品，採用DIP14/SO14兩種封裝，能夠為不設發光二極體掛上/ 掛下指示與傳聲器雜訊抑制功能的電話提供具有價格競爭能力的解決方案。TEA111X系列的晶元產品則採用高密度雙極處理技術生產而成，可以使新型電話的設計大為簡化。
AMD公司新推出兩款最先進的手機用flash存儲器晶元:32MB的Am29BDS323和64MB的Am29BDS643，這兩款晶元都採用AMD公司創新的同步讀/寫結構、高性能爆發模式介面以及超低電壓技術。這兩款晶元可以在40MHz～54MHz的頻率范圍內進行運作，最適宜用於新一代的移動通信手機，能夠支持多種創新的功能，例如上Internet的功能、PDA、視頻數據分流傳輸以及MP3等功能。Am29BDS323晶元的存取時間為20ns，而Am29BDS643晶元的存取時間僅為13.5ns，比其他的競爭產品快，這種高速存取功能可以大大減少讀取flash代碼以及數據所需的等待狀態次數，從而確保微處理器可以充分發揮其性能。Nokia公司由於採用分組無線通信服務(GPRS)、EDGE以及第三代無線通信技術的新一代手機需要支持高速的數據傳輸，因而需要得到先進的flash晶元的支持，而AMD公司推出的這兩款flash能夠滿足這種需求。
為了研製出多功能的移動通信攜帶型終端設備，要求通信晶元具有更高的集成度，從而將多種晶元集成到一塊晶元上，成為一體化晶元。Agere Systems公司（原Lucent Technologies微電子部），集中力量專攻通信設備的研究開發，成績斐然，這家公司曾經創造了年銷售通信晶元30億美元的業績，其中，一體化多功能晶元佔58%，居該公司所有產品銷售總額的12%。Agere最近還新推出了一款由11 個晶元組集成為一體的多功能行動電話。另外一家業界巨頭TI ，最近幾年將其研發重點進行了重新定位，加大了研發DSP及其他多功能通信晶元的力度，在研製開發新款多功能通信晶元方面表現不俗，十分引人注目。
功耗不斷降低
長期以來，科學家們一直致力於研製能夠顯著地降低能耗的產品。最近，一種新推出的利用反向計算的方法設計的微處理器晶元可以大大降低耗電量。這種設計方法將導致功能強大的微處理器問世，這種微處理器可用於諸如掌上型計算機、行動電話和攜帶型計算機等電流驅動的裝置中，並且可以大大延長這類裝置的運行時間。美國麻省理工學院負責反向計算項目的著名科學家邁克爾. 弗蘭克在最近指出:「在不使用昂貴製冷系統的情況下，我們的研究已經接近了高速微處理器所能散發熱量的物理極限」。弗蘭克和他的同事們認為，除非散熱問題能夠得到完美的解決，否則「摩爾定律」就將變得不再適用了。他們還指出，反向計算所涉及的技術，是解決微處理器散熱問題的最佳方案。在反向計算中，每個運算周期後存儲在微處理器中的信息並沒有完全被擦掉，擦掉信息時微處理器是不會發熱的，而是保留了某些信息，供下一個運算周期使用。科學家們製造的理論模型表明，製造出只消耗相當於目前微處理器1%電能的功能強大的微處理器是完全可能的。加州大學信息學學院的一個研究小組最近宣布，他們已經研製出世界上第一塊利用某些反向計算技術的微處理器晶元。
Motorola公司半導體部新推出的FLEX晶元組，提供了處理FLEX 協議所需的所有器件，加速了專業人員設計的尋呼機產品投放市場的速度。FLEX 協議是開發高速尋呼機de facto標准，它向專業人員提供一組共同的規則，確保尋呼機的使用能夠跨越不同尋呼台站的設備。 Motorola FLEX 晶元組包括 : 68175FLEX 字元數字晶元，68181FLEX漫遊晶元，68175FCB FLEX開發和新款模擬-數字轉換晶元68176， 它能夠將68176模擬/ 數字晶元插在 FLEX 開發板上 ，並且將 900MHz 射頻接收器連接到68175FLEX字元晶元或者68181漫遊晶元上。ADC把由RF接收器檢測到的4級聲頻信號轉換為2位數字信號，以供系統其餘部分使用。 Motorola提供的68176晶元具有更寬的工作電壓范圍、較低的電源電壓和比其它ADC晶元更低的成本，深受廣大用戶青睞。