集成电路材料产业是整个集成电路产业的先导基础，它融合了当代众多学科的先进成果，对集成电路产业安全、可靠发展及持续技术创新起着关键的支撑作用。集成电路材料基因组研究涉及微电子、材料学、计算机、人工智能等多学科领域，属于新兴交叉学科研究。本书系统介绍了材料基因组技术及其在集成电路材料研发中的应用，主要内容包括：集成电路概述与发展趋势，材料基因组技术发展和研究进展，材料基因组技术在集成电路材料研发中的应用进展及前景，总结和展望。

“集成电路系列丛书”主编序言 培根之土 润苗之泉 启智之钥 强国之基 王国维在其《蝶恋花》一词中写道：“最是人间留不住，朱颜辞镜花辞树”，这似乎是人世间不可挽回的自然规律。然而，人们还是通过各种手段，借助于各种媒介，留住了人们对时光的记忆，表达了人们对未来的希冀。 图书，尤其是纸版图书，是数量最多、使用最悠久的记录思想和知识的载体。品《诗经》，我们体验了青春萌动；阅《史记》，我们听到了战马嘶鸣；读《论语》，我们学习了哲理思辨；赏《唐诗》，我们领悟了人文风情。 尽管人们现在可以把律动的声像寄驻在胶片、磁带和芯片之中，为人们的感官带来海量信息，但是图书中的文字和图像依然以它特有的魅力，擘画着发展的总纲，记录着胜负的苍黄，展现着感性的豪放，挥洒着理性的张扬，凝聚着色彩的神韵，回荡着音符的铿锵，驰骋着心灵的激越，闪烁着智慧的光芒。 《辞海》中把书籍、期刊、画册、图片等出版物的总称定义为“图书”。通过林林总总的“图书”，我们知晓了电子管、晶体管、集成电路的发明，了解了集成电路科学技术、市场、应用的成长历程和发展规律。以这些知识为基础，自20世纪50年代起，我国集成电路技术和产业的开拓者踏上了筚路蓝缕的征途。进入21世纪以来，我国的集成电路产业进入了快速发展的轨道，在基础研究、设计、制造、封装、设备、材料等各个领域均有所建树，部分成果也在世界舞台上拥有一席之地。 为总结昨日经验，描绘今日景象，展望明日梦想，编撰“集成电路系列丛书”（以下简称“丛书”）的构想成为我国广大集成电路科学技术和产业工作者共同的夙愿。 2016年，“丛书”编委会成立，开始组织全国近500名作者为“丛书”的第一部著作《集成电路产业全书》（以下简称《全书》）撰稿。2018年9月12日，《全书》首发式在北京人民大会堂举行，《全书》正式进入读者的视野，受到教育界、科研界和产业界的热烈欢迎和一致好评。其后，《全书》英文版Handbook of Integrated Circuit Industry的编译工作启动，并决定由电子工业出版社和全球最大的科技图书出版机构之一——施普林格（Springer）合作出版发行。 受体量所限，《全书》对于集成电路的产品、生产、经济、市场等，采用了千余字“词条”描述方式，其优点是简洁易懂，便于查询和参考；其不足是因篇幅紧凑，不能对一个专业领域进行全方位和详尽的阐述。而“丛书”中的每一部专著则因不受体量影响，可针对某个专业领域进行深度与广度兼容的、图文并茂的论述。“丛书”与《全书》在满足不同读者需求方面，互补互通，相得益彰。 为更好地组织“丛书”的编撰工作，“丛书”编委会下设了12个分卷编委会，分别负责以下分卷： ☆ 集成电路系列丛书·集成电路发展史论和辩证法 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业经济学 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业管理 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业教育和人才培养 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路发展前沿与基础研究 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产品、市场与投资 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路设计 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路制造 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路封装测试 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业专用装备 ☆ 集成电路系列丛书·集成电路产业专用材料 ☆ 集成电路系列丛书·化合物半导体的研究与应用 2021年，在业界同仁的共同努力下，约有10部“丛书”专著陆续出版发行，献给中国共产党百年华诞。以此为开端，2021年以后，每年都会有纳入“丛书”的专著面世，不断为建设我国集成电路产业的大厦添砖加瓦。到2035年，我们的愿景是，这些新版或再版的专著数量能够达到近百部，成为百花齐放、姹紫嫣红的“丛书”。 在集成电路正在改变人类生产方式和生活方式的今天，集成电路已成为世界大国竞争的重要筹码，在中华民族实现复兴伟业的征途上，集成电路正在肩负着新的、艰巨的历史使命。我们相信，无论是作为“集成电路科学与工程”一级学科的教材，还是作为科研和产业一线工作者的参考书，“丛书”都将成为满足培养人才急需和加速产业建设的“及时雨”和“雪中炭”。 科学技术与产业的发展永无止境。当2049年中国实现第二个百年奋斗目标时，后来人可能在21世纪20年代书写的“丛书”中发现这样或那样的不足，但是，仍会在“丛书”著作的严谨字句中，看到一群为中华民族自立自强做出奉献的前辈们的清晰足迹，感触到他们在质朴立言里涌动的满腔热血，聆听到他们的圆梦之心始终跳动不息的声音。 书籍是学习知识的良师，是传播思想的工具，是积淀文化的载体，是人类进步和文明的重要标志。愿“丛书”永远成为培育我国集成电路科学技术生根的沃土，成为润泽我国集成电路产业发展的甘泉，成为启迪我国集成电路人才智慧的金钥，成为实现我国集成电路产业强国之梦的基因。 编撰“丛书”是浩繁卷帙的工程，观古书中成为典籍者，成书时间跨度逾十年者有之，涉猎门类逾百种者亦不乏其例： 《史记》，西汉司马迁著，130卷，526500余字，历经14年告成； 《资治通鉴》，北宋司马光著，294卷，历时19年竣稿； 《四库全书》，36300册，约8亿字，清360位学者共同编纂，3826人抄写，耗时13年编就； 《梦溪笔谈》，北宋沈括著，30卷，17目，凡609条，涉及天文、数学、物理、化学、生物等各个门类学科，被评价为“中国科学史上的里程碑”； 《天工开物》，明宋应星著，世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作，3卷18篇，123幅插图，被誉为“中国17世纪的工艺百科全书”。 这些典籍中无不蕴含着“学贵心悟”的学术精神和“人贵执着”的治学态度。这正是我们这一代人在编撰“丛书”过程中应当永续继承和发扬光大的优秀传统。希望“丛书”全体编委以前人著书之风范为准绳，持之以恒地把“丛书”的编撰工作做到尽善尽美，为丰富我国集成电路的知识宝库不断奉献自己的力量；让学习、求真、探索、创新的“丛书”之风一代一代地传承下去。 王阳元 2021年7月1日于北京燕园 前 言 材料是集成电路的关键支撑，其技术发展趋势日益复杂，呈现种类多、机理不明、合成工艺精细的特点，并与芯片制造工艺紧密结合，研发效率有待提升。材料基因组是一种研发新范式，通过高通量实验、高通量计算和数据挖掘，加快材料研发、筛选、优化和应用的速度，已经应用于集成电路材料的研发，尤其在新型存储器、逻辑器件、射频压电器件的新材料发现方面起到了有力的助推作用。近十年来，高通量实验、高通量计算、人工智能和大数据技术日渐成熟，将促进材料科学进入利用数据驱动新材料开发的新阶段，材料基因组技术将迎来广阔的应用空间。可以预见，将材料基因组技术与集成电路材料工艺充分结合可以有效促进集成电路材料创新进入“快车道”。 集成电路材料基因组技术的研究涉及微电子、材料学、计算机、人工智能等多学科领域，属于新兴交叉学科研究。目前，在集成电路材料基因组领域，国际上有一些科研单位和企业开展了卓有成效的研究工作，我国近期也逐步开展了该领域的研究。然而，国内外尚无系统地展开材料基因组技术及其在集成电路材料研发中应用的前沿进展的学术书籍。 本书首先综合分析集成电路概述与发展趋势，重点介绍了后摩尔时代新型器件结构和集成技术及其所需的典型新材料；其次从高通量实验、高通量计算和数据库三个方面，全面梳理集成电路材料基因组技术的研究进展与应用现状；再次详细介绍材料基因组技术在集成电路材料研发中的应用进展及前景；最后对全书进行总结和展望。 本书由俞文杰、李卫民、朱雷、黄嘉晔编著。李鑫、吴挺俊、赵兰天、陈玲丽、朱宇波、秦瑞东、姜文铮为本书提供了大量文献素材，在此向他们表示感谢！ 限于作者水平，书中不妥之处恳请专家和读者谅解、指正。 编著者

第1章 集成电路概述与发展趋势 1.1 集成电路材料概述 1.2 集成电路技术发展与材料应用趋势 参考文献 第2章 材料基因组技术发展和研究进展 2.1 材料基因组技术简介 2.2 材料基因组技术发展历程 2.3 材料基因组技术研究进展及机器学习在其中的应用 2.3.1 材料高通量实验技术研究进展 2.3.2 材料高通量计算技术研究进展 2.3.3 材料数据库技术研究进展 2.3.4 机器学习在材料基因组技术中的应用 参考文献 第3章 材料基因组技术在集成电路材料研发中的应用进展及前景 3.1 功能材料的研发进展及材料基因组技术的应用情况 3.1.1 新型存储材料 3.1.2 射频压电材料 3.1.3 高k介质材料 3.1.4 铁电、铁磁和多铁材料 3.2 工艺材料的发展趋势及材料基因组技术的应用前景 3.2.1 光刻材料 3.2.2 抛光材料 3.2.3 湿化学品 3.2.4 溅射靶材 3.2.5 MO源 参考文献 第4章 总结和展望