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隨著晶片製造工藝的不斷向前推進,5納米、3納米、2納米,甚至1納米,晶片製造越來越接近物理極限,摩爾定律也或將面臨失效。
不過,這似乎還是不能阻擋臺積電、三星、英特爾等行業巨頭,以及各國研究團隊前行的步伐,他們一直都在試圖尋找新的思路突破晶片製造的瓶頸。
其中,用新型材料取代傳統的矽材料便是思路之一,目前我國在這方面走在世界前列,早前更是實現了8英寸碳基晶圓的生產,但是要想正式進入到量產仍需時日。
除此以外,還有一種巨頭們常用的思路,那就是改進電晶體技術。由於傳統的Fin電晶體技術在製程不斷縮小的情況下,晶片製造已經難以有新的突破,於是研發一種全新的電晶體技術就顯得尤為重要了。
近日,來自復旦大學微電子學院的消息,該校周鵬團隊針對具有重大需求的3到5納米節點電晶體技術,驗證了雙重溝通厚度分別為0.6、1.2納米的圍柵多橋溝道電晶體,即為GAA技術。
這可是三星、臺積電都極為看重的新一代技術,且這兩家企業已經把 GAA放在了研發的首位。
在2010年世界半導體會議上,臺積電南京公司總經理羅鎮球表示,晶片製造工藝將繼續推進,摩爾定律仍然適用,臺積電將在低於2 nm的節點上採用 GAA技術。
同時, GAA電晶體也被譯為環柵電晶體,它是一種全新的結構,將取代14到5 nm的環柵電晶體結構,這將帶來巨大的變化。
當工藝過程向下發展到一定程度後,原來的電晶體設計就會受到限制,必須更換新的電晶體結構以確保電晶體能正常工作,而每更換一個新的工藝過程,就會有大批晶圓廠倒下。
上次發生類似事件是在2015年,當時全球半導體產業紛紛轉向14 nm工藝節點,臺積電、三星、英特爾、格羅方德和聯電等公司紛紛效仿。
而且當年成功攻克 Fin電晶體的只有臺積電、三星、英特爾,這也使三家工廠成為全球半導體產業的三大巨頭,遠遠落後於其他巨頭。
由此不難發現,先進工藝結構的競爭就是全球工廠的生死之戰,但 GAA技術的研發難度和投入也是前所未有的。
現在,據公開資料顯示,臺積電5 nm工廠的建造成本已超過百億美元,而採用 GAA技術的3 nm及以下晶圓廠的投入則更加驚人。
有報導稱,三星為全力攻克3納米、2 nm工藝節點,將投資超千億美元,復旦大學的報告顯示,中國半導體產業對追求先進工藝結構,有了很大決心,只有目前在理論和實驗室中充分驗證先進工藝結構,才能在未來滿足生產條件時,厚積薄發。
當前,中國半導體產業雖然生產環境限制了先進工藝晶片的生產,但 GAA技術的研究也是必不可少的。除晶圓廠外,中國還有海思、紫光展銳等多家晶片設計企業,以及晶片設計輔助軟體開發公司。
技術對這些企業的晶片設計有很大的影響,中國半導體產業在製造設備方面受到限制,但決不能放棄對先進技術與工藝的研究與探索。
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