1nm工艺确实是目前半导体工艺的光锥和视界,现在没有人知道1nm之后半导体行业会发生什么!但是正常情况下,人类不会选择避开不可逾越的障碍,而是总能找到其他的突破口来解决问题!
事实上,早在2016年,隶属于美国能源部的劳伦斯·柏克莱国家实验室的阿里·土扒貂团队就宣称突破了物理极限,成功创造了1纳米晶体管。
在这个实验室中,利用二维材料技术,利用二硫化钼、碳纳米管和二氧化锆绝缘体实现了栅极长度为1纳米的晶体管。这一成功发表在当时的《科学》杂志上。
目前,这方面的研究还处于起步阶段。毕竟,在14nm工艺下,一个管芯上有超过10亿个晶体管,大规模生产到1nm的晶体管太难了。
如果1nm工艺要大规模生产,人类还有多少时间?不考虑半代工艺,半导体行业3代5、3、2nm工艺仍有发展空间。
芯片制造现有的原材料是硅,也就是我们常说的硅片。一个非常小的芯片其实集成了上亿个晶体管,每个晶体都可以看作是一个可控的电子开关。晶体管由源极、漏极和它们之间的栅极组成。电流从源极流向漏极,栅极起到控制电流通断的作用,从而产生0-1数字信号。在电流芯片中,晶体管的源极和漏极由硅连接。
然而,随着晶体管尺寸的缩小,源极和栅极之间的沟道也在缩短。当沟道缩短到一定程度时,量子隧穿效应变得极其容易。换句话说,即使没有施加电压,源极和漏极也可以看作是互通的,所以晶体管失去了自己的开关功能,所以不可能实现逻辑电路。
芯片的发展结束了吗?答案是肯定的:永远不会停止!虽然硅片已经到了极限,但要想突破这个极限,只能用其他材料代替硅。比如石墨烯和碳纳米管!
为了用更小的制造工艺制造芯片,不仅要求材料能够达到这个极限,掩模对准器的分辨率也是一个非常重要的指标。为了提高分辨率,只能从光源、孔径NA和工艺三个方面来考虑。
目前只有荷兰的ASML能做EUV口罩对准器。表面上看,ASML是一家荷兰公司,但背后有欧盟和美国的强大力量支撑,很多关键技术都是欧盟和美国提供的。比如德国提供先进的机械技术,世界一流的蔡司镜头,美国提供光源,使得ASML在光学技术上突飞猛进。
目前,ASML正在研发下一代EUV口罩对准器,分辨率提升了70%,接近1毫米的极限!
虽然未来不可预测,但命运掌握在人类手中,微小工艺芯片的发展不会停止,人类总会找到新的突破!