博文
比摩尔还摩尔（120630）
精选
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闵应骅
和摩尔定律紧盯着晶体管数不同，比摩尔还摩尔的途径是增加功能。集成其他技术以扩展CMOS电路功能的尝试已获得巨大成功。例如近年来手机上的CMOS成像器，由硅光电晶体管作为光传感器，集成在单片的CMOS芯片上。微电机系统（MEMS）也是很成功的例子。再譬如利用非线性光学被动元件实现光连接能够解决集成电路连接延迟的问题。集成许多不同技术于一个CMOS芯片上就是我们所谓的SOC（系统芯片）。如后面的图所示。在这类芯片上搞3D集成，更有可能。
无线通信技术近年来得到了意想不到的发展。建立数字信息处理与无线频率传送之间的桥梁非常重要。你看，现在的手机，功能越来越多，需要集成在一个芯片上。RF功能需要天线、滤波器、开关和转换器，就要有RF晶体管、机械滤波器和其他主动和被动装置。在汽车和移动通信领域，MEMS技术已趋成熟。过去，某些RF元件，例如晶体振荡器都是置于芯片之外，集成将导致Q值下降，温度稳定性差。如果用容性转换微电机或纳电机（MEM/NEM）谐振器，可以达到几G赫兹。可移动门晶体管把较大的晶体管漏极电流与振动的微/纳结构结合起来，各种大小的平面共振门晶体管已经用silicon-on-nothing技术实现。用通道的压电电阻的振动体FET也是另一种结构。共振隧道二极管是RF混合器的一种可能的技术。单电子晶体管在低温下可以提高低噪声。RFID电路，包括电子和天线，有1000多个有机薄膜晶体管（OTFT）可以工作在13.5MHz。
光连接极大地提高可用带宽，减少芯片上热消耗，提高电接口的抗干扰。硅和与硅兼容的光部件已经出现，但是，基于硅的光源不太成功。硅激光已有研究。光子能带隙结构的发现使被动元件，如波导、滤波器、连接器，有了很大进展。这些光元件还可以比较容易地与CMOS集成。CMOS成像器已经在手机里得到商业应用。但是，CMOS集成的光技术还有许多困难。譬如，把光信号转换为电信号，不如根据光子吸收建造电子穴对，在照明条件下改变感知材料的电阻或温度。就像辐射热测定器结构为阵列，由CMOS电路驱动。光电探测器也可以用传导高分子实现。有机LED已经在智能手机上应用。有机太阳能电池等许多产品都已出现。在显示领域，与CMOS的集成大有可为。
CMOS技术强大的计算能力和成熟度给传感技术提供了广阔的发展空间。但是，传感的信号一般是非电信号，譬如机械的，电压的，温度的，电磁的，光的，化学的等等，因而转换元件是必要的。转换器主要有两类：一类是1D结构，即纳米线、纳米电子管；另一类是MEM装置。传感器可以分布在任何地方，所以，传感器通信网络要保证需要传送的地方能送到，不安全的地方不能送到。传感器网络应该像人类神经系统一样，对用户透明，自修复，自重构，自优化，自保护。传感器一个重要的应用领域是生物。鲜活系统的状态可以由传感的不同物理参数来监控，甚至在细胞内部实现电的监管过程。纳米线和纳米管可以作成传导薄膜，作为半透明电极，传感器，晶体管等。这些技术都是与CMOS兼容的。传感器的技术指标包括敏感性、选择性、可靠性、可重复性和电源有效性等，相应的技术也在不断发展中，同时也给研究人员提供了足够的创新空间。
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