台积电新研究，让1nm芯片成为可能

2020-03-18 14:00:13 来源: 半导体行业观察

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台积电和交大联手，开发出全球最薄、厚度只有0.7纳米的超薄二维半导体材料绝缘体，可望借此进一步开发出2纳米甚至1纳米的电晶体通道，论文本月成功登上国际顶尖期刊自然期刊（nature）。

国立交通大学电子物理系张文豪教授研究团队在科技部长支持下，与台湾积体电路制造股份有限公司合作，合作研究开发出全球最薄、厚度仅0.7纳米、大面积晶圆尺寸的二维半导体材料绝缘层，台积电表示，关键则在于单晶氮化硼技术的重大突破，将来可望藉由这项技术，进一步开发出2纳米甚至1纳米的电晶体通道。

目前台积电正在推动3纳米的量产计划，指的就是电晶体通道尺寸，通道做的越小，电晶体尺寸就能越小，而在不断微缩的过程中，电子就会越来越难传输，导致电晶体无法有效工作，目前二维半导体材料是现在科学界认为最有可能解决瓶颈的方案之一。

二维半导体材料特性就是很薄，平面结构只有一两个原子等级的厚度，张文豪指出，但也因此传输中的电子容易受环境影响，所以需要绝缘层来阻绝干扰，目前半导体使用的绝缘层多半是氧化物，一般做到5纳米以下就相当困难，无法小于1纳米，团队开发出的单晶氮化硼生长技术，成功达成0.7纳米厚度的绝缘层。

文章第一作者台积电技术主任陈则安，为清大化学系博士，他表示，单晶是指单一的晶体整齐排列，单晶对于未来半导体结构比较有帮助，因为假设绝缘层不是单晶结构，中间会出现很多缺陷，电阻经过的时候可能被缺陷影响，导致效能变差，实验也已证实会有影响，未来还需要更多研究。

陈则安说，过去科学界认为，铜上不太可能出现单晶生长，但是研究团队在实验发现，微米单位范围内氮化硼有同向生长的状况，排列出单一晶体，因此透过分析这极小的区域，调整实验参数和选择材料，成功克服障碍，不但可以单晶生长，还能做到大面积二吋晶圆的尺寸。

台积电处长李连忠曾经是中研院原分所研究员，他表示，台积电研究团队经过基础研究后，找到问题和突破可能性，跟交大化学气相沉积实验室合作，让氮化硼单晶在铜上生长，作为保护二维半导体材料的通道，目前无法说明量产时间，还有很多关键技术要突破，例如金属接触和元件优化，但是的确对于未来电晶体尺寸再缩小将有帮助。

将氮化硼转移至矽晶圆上，蓝色可见部分为支撑膜。

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