2nm工艺进展受阻,微波炉成关键突破点 | 台积电&康奈尔大学
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量子位|公众号QbitAI
微波炉成制作2纳米芯片的关键技术 。
没错 , 就是厨房里的那个微波炉 。
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康奈尔大学的研究团队改进了家用微波炉 , 使用微波的方法对芯片进行加工处理 , 还称这有可能使台积电和三星等领先制造商的芯片缩小到仅2纳米 。
目前相关研究成果已发表在《应用物理快报》上 。
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微波炉能成为制作2纳米芯片的突破点?
具体如何 , 一起来看看吧 。
微波技术增强了电流传导能力在此之前 , 先简单了解下是什么限制了2nm芯片的制作 。
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芯片上会有很多个晶体管 , 在晶体管的内部 , 电流会从起始端(源极)流向终点(漏极) 。
在这个过程中 , 电流会经过一个闸门(栅极) , 而栅极的宽度正是平时所说的芯片尺寸 。
但随着制程技术的发展 , 栅极的宽度越来越小 , 源极和漏极之间的距离也越来越近 。
这就会导致源、漏两极的电场对栅极产生干扰 , 进而使得栅极对电流的控制能力大大下降 , 也就是出现短沟道效应 。
而解决短沟道效应很大程度上就是在芯片材料和工艺上下功夫 , 其中的一个办法就是提高器件沟道掺杂浓度 。
具体来说 , 就是通过在芯片材料中掺杂大量的其他原子 , 然后对其进行退火来激活掺杂的原子 。
比如说 , 将磷原子掺杂至硅中 , 然后对这个混合物进行加热退火 , 提高磷原子的平衡浓度 , 也就是说激活磷原子在硅中的活性 , 进而提高其电流传导能力 。
但提高掺杂浓度并不是一件易事 。
传统的提高平衡浓度的加热退火方法目前已经达到了极限 , 若要再提高 , 可能会导致硅晶体膨胀 。
【2nm工艺进展受阻,微波炉成关键突破点 | 台积电&康奈尔大学】传统的方法行不通 , 只能另寻他路 。
这不 , 康奈尔大学研究人员提出了一种新的提高磷的平衡浓度的方法:微波技术 。
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△图源:cornell.edu
在此之前 , 台积电就已经做出过微波可以激活多余的掺杂物的推测 。
但微波有一个很大的弱点 , 就是驻波的存在 , 它不传导能量 , 会阻碍材料中掺杂物的持续激活 。
那这么说 , 只要解决“驻波”这个问题 , 一切就都迎刃而解了 。
的确如此 , 台积电与康奈尔大学的黄哲伦合作 , 一起改进了微波炉 , 使微波炉在工作过程中产生的驻波能够被有效控制 。
这样一来 , 便能够有选择地控制驻波发生的时间 , 使得芯片材料中所掺杂的原子能够被适当激活 , 并且不会出现过度加热损坏晶体的状况 。
除此之外 , 使用微波技术提高掺杂浓度 , 可能也会改变芯片中使用的晶体管的几何形状 。
鳍式场效应晶体管结构已经存在20多年了 , 而微波退火使得一种新的晶体管结构成为可能 , 在这种结构中 , 晶体管作为纳米片水平叠加 , 可以进一步增加晶体管的密度和控制 。
值得一提的是 , 黄哲伦还对这项技术做出预测:
这一技术可能用于生产出现在2025年左右的半导体材料和电子产品 。
并且 , 他也与博士后詹卢卡·法比(GianlucaFabi)共同申请了微波退火器的两项专利 。
但对于微波技术能不能称得上是制作2nm芯片的关键技术 , 有网友发表了自己的意见 。
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