單晶矽如果做到1奈米是不是到了極限了,如果這樣的話未來積體電路會怎樣發展?

時間 2021-06-08 14:49:26

1樓:繪丶心

單晶矽不會也沒有必要做到1奈米。

我們常說的5nm工藝、7nm工藝,其中的5nm、7nm並不代表我們實際做出來的晶元上有5nm、7nm的尺寸。(FinFET工藝前,這個奈米指的是最小溝道長度,FinFET工藝後,這個奈米變成乙個等效的數值)

會不會有1nm工藝?我個人認為大概率不會有,因為成本和收益不匹配。1nm工藝結點,首先EUV是沒得跑了,EUV和DUV最大區別是EUV必須保證整個光刻環境是真空(因為空氣對EUV波段是不透明的),這導致成本劇增。

刻蝕等工藝也是比較大的挑戰,並且繼續縮小電晶體尺寸還會遇到很多問題,例如摻雜的漲落,柵氧厚度的漲落可能更加明顯,導致器件variation變大。現在晶元上很多問題已經不是整合度的問題了,例如功耗密度、可重構、能耗等。這也只是我的看法,某些大牛認為至少會到0.

1nm結點。

如果我們工藝最後停在了5nm,後續應該怎麼發展晶元產業?這其實是個很大的課題:後摩爾時代的產業走向。

現在還處於探索階段,不過針對現在晶元中的痛點,半導體工藝還是有很多有趣的方向:1、繼續縮小電晶體尺寸,矽基電晶體已經走到了極限,研究傾向於二維材料與奈米線材料,比較成熟的有MoS2和碳奈米管等。MoS2已經可以做1nm的電晶體(物理尺寸,有可能記錯了)。

2、瞄準低功耗應用,矽電晶體的亞閾值擺幅有乙個物理極限60mv/dec,有些材料具有更低的亞閾值擺幅,可以更快關斷,在開關過程中,能耗更低。3、片上儲存研究,這其實是個比較重要的領域,CPU中大面積都被SRAM佔據,如果在CPU中嵌入一種高密度,還不佔面積,且速度匹配SRAM的儲存器件,將極大提高CPU效能。4、新計算體系研究(器件),傳統計算系統是數字的,馮洛伊曼架構。

這個系統在大資料時代其實是有它的侷限的:馮洛伊曼瓶頸。現在有研究把計算和儲存器件合二為一,儲存和器件放在一起,所謂存算一體。

5、類腦計算架構,從器件上模擬人腦的機制,達到高效計算的目的。6、三維整合,傳統晶元只在乙個平面上做器件,錘直方向的空間其實是浪費了的。典型案例有2D NAND到3D NAND,技術有TSV、M3D等。

當然後摩爾時代,不光工藝可以進步,晶元設計也可以大有作為,設計新架構和計算體系,充分利用工藝。

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