1.3 集成电路未来的挑战
任何新技术都会经历诞生、发展到成熟的过程。集成电路目前还在高速发展中。摩尔定律能否一直适用？特征尺寸是否会有极限？随着特征尺寸进入纳米范围，进一步缩小特征尺寸会遇到更大的困难和挑战，这些困难和挑战主要来自三个方面 [5] 。
第一方面是物理极限的挑战。数据需要由某种工艺制造的基本器件来存储和处理。这些器件局域一定的物理尺寸，进行操作需要一定的时间和能量。数据处理的这种物理性质就提出来一些基本的物理限制。例如，量子隧穿效应限制了最小绝缘层厚度和耗尽层宽度；统计物理学和热力学也对最小器件尺寸提出来限制。不过随着对理论问题的深入研究和工艺的不断完善，人们正在突破一个个所谓的“极限”。在20世纪70年代有人提出1μm是极限，80年代又认为0.1μm是尺寸缩小的极限，90年代认为0.05μm是最终的极限，21世纪初期认为10nm是最终的极限，不过这些极限却被人们一一突破了。
第二方面是工艺技术面临的挑战。摩尔定律能持续多久在很大程度上取决于工艺技术上能把特征尺寸缩小到什么程度，这对光刻技术和其他微电子加工技术提出了挑战。要实现10nm以下的特征尺寸必须发展新的光刻技术，极紫外光刻（Extreme Ultra-Violet, EUV）技术已经在5nm工艺节点开始采用。为了使纵向尺寸等比例缩小，必须发展新的超浅结工艺，实现原子层控制的精度。晶体管由平面场效应晶体管（Planar FET）向鳍式场效应晶体管（FinFET）发展，再到最新的以堆叠纳米片场效应晶体管（Nanosheet FET）和纳米线（Nanowire）为代表的全环绕栅极（Gate All Around, GAA）的新一代晶体管结构，这些都将给工艺技术、加工方式和生产设备带来了新的变化 [6] 。
第三方面是经济因素的制约。尽管缩小尺寸、提高集成度可以使单位功能电路的成本下降，微电子产品按照单位功能电路成本逐年降低25%的规律发展；但是研发成本大约每代产品提高为1.5倍，增加工艺步骤使每代产品成本提高为1.3倍，设备更新费用大概以每年10%～15%的速度增长。这些费用的增长使建设集成电路生产线的投资越来越高 [7] 。
尽管摩尔定律不可能长久奏效，但是通过人们的努力，可以使摩尔定律持续的时间尽可能延长。经过一段时间的发展，微电子（集成电路）工业逐步进入成熟期，增长的速度会有所放缓。但在未来一二十年，微电子工业仍将保持稳定的增长率。毋庸置疑，以集成电路为代表的微电子技术将继续发展，用创新的解决方案迎接各种挑战 [8] 。
