1nm芯片采用比2nm芯片更先进的工艺,将会用到铋电极的物质

发布时间:2023-01-28  

从目前的制程技术上来看,1nm(纳米)确实将近达到了极限!为什么这么说呢?芯片是以硅为主要材料而制造出来的,硅原子的直径约0.23纳米,再加上原子与原子之间会有间隙,每个晶胞的直径约0.54纳米(晶胞为构成晶体的最基本几何单元)!1纳米只有约2个晶胞大小。

1纳米单位到底有多小?

纳米也属于长度单位,可能很多人不了解它到底有多小?毫米(mm)、厘米(cm)、米(m)大家都比较熟悉,10mm=1cm,100cm=1m,1mm=1/1000m。单位长度由大到小排列依次为:米(m)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(μm)、纳米(nm),1m=1000mm,1mm=1000μm,1μm=1000nm,即1nm=10^-9m,相当于1米平均分成10亿份!每一份为1nm。

XX nm制造工艺是什么概念?

芯片的制造工艺常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm来表示,比如Intel最新的六代酷睿系列CPU就采用Intel自家的14nm制造工艺。现在的CPU内集成了以亿为单位的晶体管,这种晶体管由源极、漏极和位于他们之间的栅极所组成,电流从源极流入漏极,栅极则起到控制电流通断的作用。

半导体行业的发展遵循摩尔定律,每过大约两年的时间,芯片内部的晶体管数量就会增加一倍,相当于性能翻倍增长。之前的28nm、14nm以及7nm芯片,都验证了摩尔定律,可以说这个规律是计算机和芯片领域的核心指导思想,时至今日仍然在发挥作用。

但是自从5nm芯片诞生之后,半导体公司们就发现了一个问题:越是先进的芯片,越是难以突破,等到3nm和2nm时代,摩尔定律就有可能失效,整个行业也将陷入瓶颈。这不是杞人忧天,而是可预见的现实,如今的5nm芯片已经难住了很多代工厂,更别说3nm和2nm了。

目前来看,全球范围内只有两家厂商能够完成5nm芯片的量产,分别是台积电和三星,强如英特尔都做不到。而与台积电相比,三星无论是技术完善程度,还是产能和客户实力,都要略逊一筹,前者是全球公认的第一大芯片代工厂。

既然身为行业第一,那么台积电肯定有过人的地方,除了所占的市场份额超过一半之外,台积电还专注于技术研发工作,它的目标始终是突破更先进的芯片制程。而就在5月18日这一天,台积电传来新消息,与台湾大学和麻省理工学院联手攻克了1nm芯片的关键技术。

据了解,1nm制程是硅基芯片能达到的物理极限,传统的材料已经满足不了它的生产制造了,于是台积电就另辟蹊径,开始寻找新型材料。而这时麻省理工学院刚好发现了一种半金属铋电极,可以作为二维材料用于1nm芯片,所以就与台积电展开了合作。

随着全球科技产业的快速发展,芯片制造技术的重要性与日递增。尤其是在美国修改芯片规则之后,越来越多的国家开始布局芯片的技术研发。

比如欧盟,就有17个国家共同签署了《欧洲处理器发展声明》,计划在2年~3年的时间内投入1450亿欧元,来发展欧洲的处理器技术。而国内市场的芯片市场,也由于台积电的无法自由出货,走上了一条独立自主的道路。

为了帮助企业摆脱芯片领域“卡脖子”的局面,中科院等国内高校也就芯片制造技术的研发进行了布局。在这样的局面之下,越来越多与芯片制造有关的技术开始得到突破。

早在2021年,清华工物系就在对新型加速器光源“稳态微聚束”的研究中,取得重大的科研进展。该研究报告了一种新型粒子加速器光源“稳态微聚束”的首个原理验证实验,并且,有望在EUV光刻机中进行使用。

时隔仅一年之后,清华大学再度就科研项目进行官宣,国产1nm晶体管技术技术也终于迎来了突破。

据了解,3月10日,清华大学在官方微博中发布消息,“清华大学集成电路学院任天令教授团队,在小尺寸晶体管的研究方面取得了重大进展,首次实现了具有亚1纳米栅极长度的晶体管,并具有良好的电学性能。”

台积电在芯片制程上不断向前发展,7nm、5nm工艺对台积电而言,已经成为小儿科,4nm芯片的产能也在不断提升中。

根据台积电方面发布的消息可知,3nm芯片将会如期量产,预计上市时间为今年第四季度。

2nm芯片上,台积电也是顺风顺水,将会在3月份正式对外公布全新的Nanosheet / Nanowire 的晶体管架构,并采用新的材料。

即便是在1nm芯片上,台积电也在快速前进,有消息称,台积电在1nm芯片上已经取得了突破。

为此,台积电已经明确表示,其在中科园区内建设2nm芯片工厂,占地超100公顷,总投资约在2300亿元,另外,1nm芯片工厂也将落户在中科园区内。

台积电1nm芯片,这次轮到看我们了

都知道,台积电已经明确表示,其在2nm芯片将会采用全新的Nanosheet / Nanowire 的晶体管架构并采用新的材料。

而1nm芯片是比2nm芯片更先进的工艺,在2nm芯片上可以采用二维材料,但在1nm芯片就不太可行了。

因为台积电与麻省理工学院一直都在研发1nm芯片,并且已经取得了突破,但在芯片材料上,将会用到铋电极的物质。

根据麻省理工发布的消息可知,二维材料做可以提升性能,但二维材料存在的高电阻、低电流问题,成为学界的一大难点。

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