胡正明獲IEEE最高榮譽,一己之力續命摩爾定律數十年

作者| 蔣寶尚

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據IEEE官網報導，國際電氣與電子工程學會終身Fellow胡正明教授獲得2020年度IEEE榮譽勳章，表彰他對半導體器件的開發及未來的微型化做出了重大貢獻。特別是發明了使摩爾定律得以延續數十年的3D結構器件（FinFETs）。

IEEE榮譽勳章每年評選一次，最早始自1917年，首屆得主為美國無線電工程先驅、發明家阿姆斯特朗。

在華人圈，此獎項除了胡正明，還有卓以和、張忠謀分別在1994年和與2011分別獲得過。卓以和的成就在於為分子束外延的發展做出的開創性貢獻，張忠謀獲獎在於其的遠見與領導力，為全球半導體產業帶來革命性改變。

IEEE榮譽勳章

胡正明教授除了FinFETs之外，還提出熱電子失效的物理機制，開發出用碰撞電離電流快速預測器件壽命的方法，並且提出薄氧化層失效的物理機制和用高電壓快速預測薄氧化層壽命的方法；首創了在器件可靠性物理的基礎上的IC可靠性的計算機數值模擬工具。

FinFET：為摩爾定律續命幾十年

英特爾公布的 FinFET 的電子顯微鏡照片

當然，其最引入矚目的成就就是其在 1999 年發明了鰭式場效應電晶體（Fin Field-Effect Transistor，簡稱「FinFET」），如今三星、臺積電能做到14納米/16納米都依賴這項技術。

這項發明也被稱為是 50 多年來半導體技術中最根本的轉變。

具體來說，FinFET有兩個突破，一是把晶體做薄後解決了漏電問題，二是向上發展，晶片內構從水平變成垂直。

作為一種新的互補式金氧半導體電晶體，FinFET 命名根據電晶體的形狀與魚鰭的相似性，其電子顯微鏡照片如上圖所示。這種設計可以改善電路控制並減少漏電流，縮短電晶體的閘長，增大了電容的等效正對面積，從而提高了相同電壓下電荷的數量，也就是減少了遂穿效應的影響。

FinFET 閘長已可小於 25 納米，未來預期可以進一步縮小至 9 納米，約是人類頭髮寬度的 1 萬分之 1。由於在這種導體技術上的突破，用氧化埋層解決了22nm溝道關斷漏電，延續了摩爾定律的壽命。

胡教授及其團隊成員發表了有關 FinFET 技術文章之後，大部分半導體廠商的開發工作方向轉向了 FinFET 技術，英特爾成為全球首家將 FinFET 技術用於其產品設計的公司。

當年胡教授的那篇論文「FinFET-a self-aligned double-gate MOSFET scalable to 20 nm」，題目裡說的20納米，現在已經被英特爾推進到了10納米。所以，FinFET延長了摩爾定律至少20年。

胡正明：榮譽等身

胡正明1947年7月出生於中國北京，於 1968 年在「臺北國立臺灣大學」獲得電氣工程學士學位，1970 年和 1973 年，分別獲得加州大學伯克利分校的電子工程碩士和博士學位。

自 1976 年以來，胡正明教授一直擔任加州大學伯克利分校的工程學教授，他還是半導體製造商 Ambarella 和 Inphi 的董事會成員；

1991-1994年任清華大學微電子學研究所榮譽教授；1997年當選為美國工程科學院院士；

1999 年發明了在國際上極受注目的鰭式場效電晶體（FinFET）和超薄絕緣層上矽體技術（FD-SOI）等多種新結構器件。這兩個器件結構都集中在解決器件的漏電問題，罕見的是這兩個器件結構最後均被工業界實現了。

從 2001 年到 2004 年，他擔任位於新竹的全球最大 IC製造公司臺灣半導體製造公司的首席技術官；他還是美國思略科技公司（Celestry Design Technologies）的創始主席、半導體行業分析程序的創建者。

2009 年，胡正明教授被授予 IEEE 西澤潤一獎，以表彰他對生產體積更小、更可靠、性能更高的集成電路所做出的至關重要的成就；

2015年12月獲得美國國家技術和創新獎，這一獎勵主要是表彰他在微電子領域的開拓性創新，其中包括微電子器件可靠性物理研究、首個用於電路設計的行業標準模型，以及對半導體技術發展具有極大推動作用的首個 3D 電晶體的發明。

2016年5月19日，美國總統歐巴馬在白宮為胡正明頒發美國國家科學獎章。

胡正明教授在多個場合表示，集成電路產業可再成長100 年,晶片功耗還可降低 1000 倍。線寬的微縮總是有一個極限的，到了某種程度，就沒有經濟效應驅動人們把這條路徑繼續走下去。但是我們並不一定非要一條路走到黑，我們也可以轉換一個思路，同樣可能實現我們想要達到的目的。