台积电1nm工艺最新消息:硅片触及物理极限

当有一个新技术、新工艺出现时，先是不急着推向市场，而是让上一代技术充分利用价值，盈利后，再来择机上市。前段时间IBM公布了2nm工艺技术路线，让人倍感振奋。虽然摩尔定律速度放缓，但硅晶片微缩的前景依然广阔。不过，2nm之后就是1.5nm、1nm，硅片触及物理极限。日前，台大、台积电和麻省理工共同发布研究成果，首度提出利用半金属Bi作为二维材料的接触电极。

半导体主流制程主要采用硅作为主流材料。然而，随着摩尔定律不断延伸，芯片制程不断缩小，芯片单位面积能容纳的电晶体数目，也将逼近半导体主流材料硅的物理极限。

尽管科学界对二维材料寄予厚望，却苦于无法解决二维材料高电阻、低电流等问题，以至于取代硅成为新兴半导体材料始终是空中楼阁。可见，此次利用半金属铋（Bi）作为二维材料的接触电极可谓是迈向1nm甚至更先进制程的关键一步。

IBM刚刚宣布突破2nm“理论工艺”不到两周，老大哥台积电就出手了，美国知名科技杂志——《自然》公布了台积电、台湾大学、麻省理工学院联合研发研发的半导体新材料——铋，这是一种有望突破摩尔定律1nm极限的新材料！这种材料被作为二维材料的接触电极，可以大幅度降低电阻并且提升电流，从而使其能效和硅一样，实现未来半导体1nm工艺的新制程！

它可以大幅降降低电阻并提高电流，使其效能媲美硅材料，有助于半导体行业应对未来1纳米世代的挑战。

论文中写道，目前硅基半导体已经推进到5nm和3nm，单位面积容纳的晶体管数量逼近硅材料物理极限，效能无法逐年显著提升。此前，二维材料被业内寄予厚望，却始终掣肘于高电阻、低电流等问题。

此次三方合作中，麻省理工是半金属铋电极发现者，台积电将铋（Bi）沉积制程进行优化，台大团队运用氦离子束微影系统（Helium-ion beam lithography）将元件通道成功缩小至纳米尺寸，终于大功告成，耗时长达一年半的时间。

4月下旬的时候台积电更新了其制程工艺路线图，称其4纳米工艺芯片将在2021年底进入“风险生产”阶段，并于2022年实现量产；3纳米产品预计在2022年下半年投产， 2纳米工艺正在开发中。

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