突破工艺极限，美国开发出1nm制程技术与设备

2017-05-04 09:38:00 来源: 互联网

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晶圆代工大厂包括台积电、英特尔、三星等公司在2017 年陆续将制程进入10 纳米阶段，而且准备在2018 年进入7 纳米制程试产，甚至2020 年还将要推出5 纳米制程技术。因此，随着制程技术的提升，半导体制程也越来越逼近极限，制造难度也越来越大。就以5 纳米之后的制程来说，到目前为止都没有明确的结论。对此，美国布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory，简称BNL）研究人员日前宣布，开发出可以达成1 纳米制程的相关技术与设备。

根据外电报导，美国能源部旗下的布鲁克海文国家实验室研究人员，日前宣布成功采用电子束印刷技术，成功制造了尺寸只有1 纳米的印刷设备。据了解，这个实验室的研究人员采用电子显微镜，制造出比普通电子束印刷（EBL）技术能做出的更小尺寸。这使电子敏感性材料在聚焦电子束的作用下，尺寸得以大大缩小，达到可操纵单个原子的程度。而这项技术与设备的诞生，则可极大的改变材料特性，从导电变成光传输，或这两种状态下交互执行。

就目前发表的内容观察，1 纳米印刷使用的是扫描投射电子显微镜（STEM），隔开11 纳米，这样一来每平方公厘就能实现1 兆个特征点（features）的密度。再透过偏差修正STEM 在5 纳米半栅极在氢氧矽酸盐类抗蚀剂下，实现2 纳米的解析度。

创造1nm工艺技术的团队，图中的女性名叫Lihua Zhang（谐音张丽华，大概是个是华人或者华裔）

虽然，这也不是科学家第一次达到1 纳米级别的技术，2016 年美国能源部下属的另一个国家实验室也宣布发展出1 纳米制程技术。这部分使用的是纳米碳管和二硫化钼等新材料。不过，不管是哪一边开发出的新技术与设备，就目前观察，这项技术都不会很快量产。因为纳米碳管电晶体跟PMMA、电子束光刻一样，跟目前的半导体制程技术有明显差异。因此，要让厂商一下子全部淘汰现有设备，这还需要一段时间布局。

劳伦斯伯克利国家实验室的1nm晶体管

北京时间2016年10月7日消息，据外媒报道，今天，沉寂已久的计算技术界迎来了一个大新闻。劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。

晶体管的制程大小一直是计算技术进步的硬指标。晶体管越小，同样体积的芯片上就能集成更多，这样一来处理器的性能和功耗都能会获得巨大进步。

多年以来，技术的发展都在遵循摩尔定律，即当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18-24个月翻一倍以上。眼下，我们使用的主流芯片制程为14nm，而明年，整个业界就将开始向10nm制程发展。

不过放眼未来，摩尔定律开始有些失灵了，因为从芯片的制造来看，7nm就是物理极限。一旦晶体管大小低于这一数字，它们在物理形态上就会非常集中，以至于产生量子隧穿效应，为芯片制造带来巨大挑战。因此，业界普遍认为，想解决这一问题就必须突破现有的逻辑门电路设计，让电子能持续在各个逻辑门之间穿梭。

此前，英特尔等芯片巨头表示它们将寻找能替代硅的新原料来制作7nm晶体管，现在劳伦斯伯克利国家实验室走在了前面，它们的1nm晶体管由纳米碳管和二硫化钼（MoS2）制作而成。MoS2将担起原本半导体的职责，而纳米碳管则负责控制逻辑门中电子的流向。

眼下，这一研究还停留在初级阶段，毕竟在14nm的制程下，一个模具上就有超过10亿个晶体管，而要将晶体管缩小到1nm，大规模量产的困难有些过于巨大。

不过，这一研究依然具有非常重要的指导意义，新材料的发现未来将大大提升电脑的计算能力。

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