突破工藝極限，美國(guó)開發(fā)出1nm制程技術(shù)與設(shè)備

晶圓代工大廠包括臺(tái)積電、英特爾、三星等公司在2017 年陸續(xù)將制程進(jìn)入10 納米階段，而且準(zhǔn)備在2018 年進(jìn)入7 納米制程試產(chǎn)，甚至2020 年還將要推出5 納米制程技術(shù)。因此，隨著制程技術(shù)的提升，半導(dǎo)體制程也越來越逼近極限，制造難度也越來越大。就以5 納米之后的制程來說，到目前為止都沒有明確的結(jié)論。對(duì)此，美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Brookhaven National Laboratory，簡(jiǎn)稱BNL）研究人員日前宣布，開發(fā)出可以達(dá)成1 納米制程的相關(guān)技術(shù)與設(shè)備。

根據(jù)外電報(bào)導(dǎo)，美國(guó)能源部旗下的布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究人員，日前宣布成功采用電子束印刷技術(shù)，成功制造了尺寸只有1 納米的印刷設(shè)備。據(jù)了解，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的研究人員采用電子顯微鏡，制造出比普通電子束印刷（EBL）技術(shù)能做出的更小尺寸。這使電子敏感性材料在聚焦電子束的作用下，尺寸得以大大縮小，達(dá)到可操縱單個(gè)原子的程度。而這項(xiàng)技術(shù)與設(shè)備的誕生，則可極大的改變材料特性，從導(dǎo)電變成光傳輸，或這兩種狀態(tài)下交互執(zhí)行。

就目前發(fā)表的內(nèi)容觀察，1 納米印刷使用的是掃描投射電子顯微鏡（STEM），隔開11 納米，這樣一來每平方公厘就能實(shí)現(xiàn)1 兆個(gè)特征點(diǎn)（features）的密度。再透過偏差修正STEM 在5 納米半柵極在氫氧矽酸鹽類抗蝕劑下，實(shí)現(xiàn)2 納米的解析度。

雖然，這也不是科學(xué)家第一次達(dá)到1 納米級(jí)別的技術(shù)，2016 年美國(guó)能源部下屬的另一個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也宣布發(fā)展出1 納米制程技術(shù)。這部分使用的是納米碳管和二硫化鉬等新材料。不過，不管是哪一邊開發(fā)出的新技術(shù)與設(shè)備，就目前觀察，這項(xiàng)技術(shù)都不會(huì)很快量產(chǎn)。因?yàn)榧{米碳管電晶體跟PMMA、電子束光刻一樣，跟目前的半導(dǎo)體制程技術(shù)有明顯差異。因此，要讓廠商一下子全部淘汰現(xiàn)有設(shè)備，這還需要一段時(shí)間布局。

勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的1nm晶體管

北京時(shí)間2016年10月7日消息，據(jù)外媒報(bào)道，今天，沉寂已久的計(jì)算技術(shù)界迎來了一個(gè)大新聞。勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)打破了物理極限，將現(xiàn)有最精尖的晶體管制程從14nm縮減到了1nm。

晶體管的制程大小一直是計(jì)算技術(shù)進(jìn)步的硬指標(biāo)。晶體管越小，同樣體積的芯片上就能集成更多，這樣一來處理器的性能和功耗都能會(huì)獲得巨大進(jìn)步。

多年以來，技術(shù)的發(fā)展都在遵循摩爾定律，即當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個(gè)月翻一倍以上。眼下，我們使用的主流芯片制程為14nm，而明年，整個(gè)業(yè)界就將開始向10nm制程發(fā)展。

不過放眼未來，摩爾定律開始有些失靈了，因?yàn)閺男酒闹圃靵砜矗?nm就是物理極限。一旦晶體管大小低于這一數(shù)字，它們?cè)谖锢硇螒B(tài)上就會(huì)非常集中，以至于產(chǎn)生量子隧穿效應(yīng)，為芯片制造帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，業(yè)界普遍認(rèn)為，想解決這一問題就必須突破現(xiàn)有的邏輯門電路設(shè)計(jì)，讓電子能持續(xù)在各個(gè)邏輯門之間穿梭。

此前，英特爾等芯片巨頭表示它們將尋找能替代硅的新原料來制作7nm晶體管，現(xiàn)在勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室走在了前面，它們的1nm晶體管由納米碳管和二硫化鉬（MoS2）制作而成。MoS2將擔(dān)起原本半導(dǎo)體的職責(zé)，而納米碳管則負(fù)責(zé)控制邏輯門中電子的流向。

眼下，這一研究還停留在初級(jí)階段，畢竟在14nm的制程下，一個(gè)模具上就有超過10億個(gè)晶體管，而要將晶體管縮小到1nm，大規(guī)模量產(chǎn)的困難有些過于巨大。

不過，這一研究依然具有非常重要的指導(dǎo)意義，新材料的發(fā)現(xiàn)未來將大大提升電腦的計(jì)算能力。