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半导体材料和器件的发展速度是惊人的，其对人类社会的影响也是巨大的，这一点是毋庸置疑的。 而引领这一进展的，正是是硅基MOSFET器件的发展，及其持续的高水平集成。同时，摩尔定律预测了设备密度每18个月翻一番，一直是该行业的管理准则。 按照摩尔定律要求：光刻工具的发展，实现45纳米门长度MOSFETs进入生产，2006年，连续比例的硅晶片和15英寸未来使大芯片产量增高，是晶片互连技术的巨大进步。 随着长度缩小，尽管大部分芯片行业是由硅基CMOS架构驱动的，但其他半导体技术也取得了重要的进展。 增长外延层的能力以控制的方式，最初有液相外延（LPE）和气相外延（VPE），目前增加了金属有机气相外延（MOVPE）和分子束外延（MBE）。使化合物半导体行业成熟为一个小但关键的组成部分。 在前者，异结场效应晶体管（HFET）和异结双极晶体管（HBT）的发展，对模拟和混合信号的应用产生了很大的影响。 在低噪声接收区，基于砷化镓和InP的HFETs是首选的技术。基于gaas的HBT是手机中的功率放大器的首选。 HBT正被积极地用于混合信号应用中，如A/D转换器和BiCMOS实现中。 在光学领域，发光二极管（led）、激光器和探测器的发展是影响深远的。led用于大量的应用，如标牌显示和远程控制以及通信设备。 基于gan的led的出现，以及固态照明的出现，提高了照明的革命性进步的可能性。激光和探测器已经成为光通信中的重要元素。 激光还使DVD等娱乐设备成为可能。材料和设备工具集的不断扩展，使系统设计者能够为应用程序选择正确的技术，从而在系统层面上取得了显著的进步。 通过研究一个被广泛使用的商业系统——手机，我们最能理解这一点。 想想摩托罗拉V551手机。在任何无线电结构中，发射/接收链的关键组成部分是开关、光纤滤波器、调制器/解调器、LNA、混频器、增益块和功率放大器。 将不同的芯片，集成到一个总的无线电解决方案中，用于实现无线电解决方案。 反过来，这些规范驱动了，用于实现特定芯片功能的主动设备，和工艺技术的选择。作为这种技术选择过程的一个例子，考虑来自RFMD的北极星全无线电解决方案，这是一个高度集成的传输器。 它包括相当大的功率控制电路，并可以从DAC输出驱动，从而消除了对方向耦合器、检测器二极管和其他功率控制电路的需要。 该组件选择了砷化镓HBT技术，以便在操作频率上实现高功率、高PAE和优良的线性要求的最佳组合。RF6001满足了合成器和信号处理器的功能要求。 为了实现低成本、高集成水平和低功耗的最佳组合，该组件选择了SiCMOS技术。这是来自RFMD公司的北极星全无线电解决方案。 在2012年和18nm节点之后，一些继续缩放的途径并不明显。此外，芯片中的功耗可能会为未来处理器的尺寸和速度设定一个热限制。 很明显，今天的芯片看起来比热盘更热，而半开玩笑地预测，未来的芯片可能会与太阳表面竞争（显然不可能）。 因此，现在是我们所有人，重新思考传统的CMOS缩放范式的时候，并考虑可能开辟哪些新的途径。 具有高电子迁移率和速度的复合半导体，能否在实现高时钟速度和降低功率水平方面发挥作用？ 氮化镓等大型带隙材料能否在工作温度不断升高的应用中发挥作用？是否有全新的设备，如碳纳米管（碳纳米管），可以在电子和空穴传输的弹道系统中运行，可以在未来的互补电路中成为黑马？ 或者是分子电子学，利用分子的电子状态来实现计算，芯片功率密度随时间呈指数增长。回答对电子自旋的控制，而不是器件通道中的总电荷（自旋电子学的新纤维电场）是圣杯吗？ 基于单电子晶体管的体系结构，是一种高密度、低功率的替代方案吗？未来是模糊的，作为科学家和工程师，我们必须帮助澄清这一点。 今天这本书试图提供一个理解的材料，设备，和各种替代品的技术被考虑，与细节适合于技术的成熟度。参考文献：[1]电子材料[J].  新材料产业.2020(06)[2]基于二维半导体的模拟电路最新进展（英文）[J].卢文栋,杨冠华,卢年端,李泠.  真空科学与技术学报.2021(06)[3]二维半导体材料家族又有“小鲜肉”有望将电子设备速度提高100倍[J].刘霞.  真空电子技术.2016(01)[4]二维半导体合金的制备、结构和性质[J].王新胜,谢黎明,张锦.  化学学报.2015(09)