2023年5月26日10:00，由西安建筑科技大学力学技术研究院（IMT）开展的力学家访谈，在IMT成功进行。本期访谈的嘉宾是中国科学院微电子研究所孙锴副研究员。
访谈掠影
力学家访谈源于对力学家的致敬，希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想，以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下：
问：什么是半导体器件的可靠性以及和器件可靠性问题涉及到的重要物理量？
答：半导体器件的可靠性问题是一个环境适应性问题。从空间尺度讲，当器件处于常温常压环境时，器件是能够正常工作的，而当器件处于极端恶劣环境下（极冷、极热、极湿、高辐射等），如何保证芯片（器件）在这些环境中正常工作即是半导体器件的可靠性问题。此外，从时间尺度考虑，必须考虑器件的寿命，往往涉及电学特性、温度特性、应力特性等等重要参数，如何保证半导体器件在不同复杂环境中能正常工作多长时间即是半导体器件的可靠性问题。
问：什么是自热效应？温度是如何显著影响芯片的可靠性？
答：芯片的自热效应是指芯片在正常工作过程中内部功耗产生的热量无法及时散发，导致的芯片温度升高的现象。目前，在摩尔定律影响下，芯片的集成度不断提高，芯片内部晶体管数量也越来越多，相对应的功耗也越来越大，芯片的自热效应会愈发严重。如果不能进行有效的热管理，芯片的局部区域的热流密度甚至超过太阳表面的热流密度，导致在局部区域出现热点，这会对芯片的性能和寿命产生影响，进而影响芯片的可靠性。
问：集成电路涉及跨尺度结构（器件→电路→芯片），如何考虑这些跨尺度的可靠性问题？
答：跨尺度下的可靠性问题，需要根据不同尺度分开考虑。芯片的制造工艺较为复杂，涉及的工序极多，因而从工程角度分析，几乎不可能对整个工艺全流程的可靠性同时考虑，只能从不同尺度分别考虑。每个节点、每个产业链需要定义不同的可靠性指标，以满足实际需求，最后在进行统一得到整个集成电路的可靠性评估指标。
问：复杂系统和单元如何建立联系？
答：芯片是复杂系统，这是众所周知的。目前，需要将整个系统按照功能单元划分为不同模块，然后对各个模块中的单元（器件）单独分析。将复杂系统（芯片）直接与单元（器件）之间直接建立联系仍停留在理论阶段。如果想把所有的晶体管整合成复杂系统，考虑其中的能量流、物质流、信息流，相关分析研究仍然停留在理论阶段，甚至可能出现混沌性和涌现性的问题还没有明确定论。
采访人：刘哲
撰稿人：刘哲
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