5nm是物理極限 晶片發展將就此結束?

摩爾定律是指IC上可容納的電晶體數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。然而事情的發展總歸會有一個權限，5nm則是矽晶片工藝的極限所在，事實上，隨著10nm、7nm晶片研發消息不斷報出，人們也開始擔心矽晶片極限的逐漸逼近，會不會意味著摩爾定律最終失效，進而導致半導體行業停滯不前。

為什麼說5nm是現有晶片工藝的極限呢？

Source：源極 Gate：柵極 Drain：漏極

這個主要是由於現有晶片製造的原材料是「晶元」、或者說矽片，也就是矽，所以我們才說矽晶片。一塊看起來非常小的晶片，實際上已經整合了數以億計的電晶體，電晶體簡單而言可以看作是一個可控的電子開關，電晶體由源極、漏極和位於他們之間的柵極所組成，電流從源極流入漏極，柵極則起到控制電流通斷的作用，從而產生0 1數位訊號，在目前的晶片中，連接電晶體源極和漏極的是矽元素。

然而隨著電晶體尺寸的不斷縮小，源極和柵極間的溝道也在不斷縮短，當溝道縮短到一定程度的時候，量子隧穿效應就會變得極為容易，換言之，就算是沒有加電壓，源極和漏極都可以認為是互通的，那麼電晶體就失去了本身開關的作用，因此也沒法實現邏輯電路。

從現在來看，10nm工藝是能夠實現的，7nm也有了一定的技術支撐，而5nm則是現有半導體工藝的物理極限，那麼晶片的發展就此結束了嗎？

其實問題分析到這，大家也應該明白了，不是矽片發展到頭了，而是矽晶片的發展到了極限了，要突破這個極限的話，只能靠使用其它材料才代替矽了。

石墨烯

近年來，石墨烯被炒得很熱，它具有很強的導電性、可彎折、強度高，這些特性可以被應用於各個領域中，甚至具有改變未來世界的潛力，也有不少人把它當成是取代矽，成為未來的半導體材料。

碳納米管

碳納米管和近年來非常火爆的石墨烯有一定聯繫，零維富勒烯、一維碳納米管、二維石墨烯都屬於碳納米材料家族，並且彼此之間滿足一定條件後可以在形式上轉化。碳納米管是一種具有特殊結構的一維材料，它的徑向尺寸可達到納米級，軸向尺寸為微米級，管的兩端一般都封口，因此它有很大的強度，同時巨大的長徑比有望使其製作成韌性極好的碳纖維。

碳納米管和石墨烯在電學和力學等方面有著相似的性質，有較好的導電性、力學性能和導熱性，這使碳納米管複合材料在超級電容器、太陽能電池、顯示器、生物檢測、燃料電池等方面有著良好的應用前景。此外，摻雜一些改性劑的碳納米管複合材料也受到人們的廣泛關注，例如在石墨烯/碳納米管複合電極上添加CdTe量子點製作光電開關、摻雜金屬顆粒製作場致發射裝置。