台积电|太离奇！台积电2nm技术竟是靠家用微波炉突破？中国企业怎么没想到？中芯国际|芯片|微波炉|it芯片

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在先进工艺这一赛道上，全世界只有四个玩家，分别是台积电、三星、英特尔和IBM 。很遗憾，由于西方的围堵，暂时还没有中国企业进入这一赛道，甚至有可能继续被四巨头拉开差距。
不久前，台积电宣布将于2025年量产2nm制程，业内也十分看好台积电领先三星、英特尔、IBM率先推出2nm制程。

为什么台积电能够领先全球，率先推出2nm先进制程技术？
这是因为台积电率先攻克了2纳米制程的关键技术，而且家用微波炉竟然在其中扮演了非常关键的角色，这到底是怎么回事呢？
要回答这个问题，我先科普一下2nm芯片制造的难点是什么。
众所周知，芯片上会有很多个晶体管，一般来讲晶体管越多意味着芯片性能越强，华为麒麟9000芯片上有153亿个晶体管，苹果A14芯片上有118亿个晶体管。
在这些晶体管内部，电流会从起始段（源极）流向终点（漏极）。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。

栅极的宽度越来越小，源极和漏极之间的距离也越来越近，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。
短沟道效应会出现严重的电流（漏电）现象，最终让芯片的发热和耗电失控。
一般来讲，芯片制程工艺越先进，性能就会越强，功耗就会越低，但三星5nm工艺打造的高通骁龙888芯片为什么会出现功耗问题，甚至被手机用户称为“火龙”？根本原因很可能在于三星并没有很好地解决短沟道效应。
如何解决短沟道效应？
目前业内解决短沟道效应的方式主要有三种：
一种是更换新材料，比如采用具有高介电常数的栅介质材料替代原本的二氧化硅材料，一般用二氧化铪来作为栅介质材料；
另一种方式是采用四面环栅结构的GAA技术，相较于三面围栅的FinFET结构， GAA技术的四面环栅结构可以更好地抑制漏电流的形成以及增大驱动电流，进而更有利于实现性能和功耗之间的有效平衡。

如果以上两种方法还不能有效解决短沟道效应，那么还有终极绝招——提高器件沟道掺杂浓度。简单来讲，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。
但是实际操作这个方法非常有难度，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。台积电很早就提出用微波激活多余的掺杂物，但微波有驻波问题，不能传导能量，无法持续激活材料中的掺杂物。
前不久，台积电与康奈尔的黄哲伦进行合作，通过改进家用微波炉，使得微波炉产生的驻波得到有效控制，甚至可以自由控制驻波发生的时间，从而可以更加从容激活芯片材料中掺杂的原子，不会让晶体管因为过度加热出现损坏。

当然，并不是说短沟道效应解决了就能够制造2nm芯片了，但这个难点的突破可以让2nm芯片制造流程更好地运行，所以说用微波技术增强芯片电流传导能力是2nm芯片的突破点。