作者：DIGITIMES 張語芯
作為摩爾定律的指標性人物，胡正明不僅是延續定律的「推手」、發明FinFET與FDSOI的科學家，同時也是前瞻行業未來的「預言者」。胡正明10日在中國國際半導體技術大會(CSTIC)上持「謹慎樂觀」觀點指出，半導體電晶體將會持續微縮，但接下來，摩爾定律將會變慢，IC產業仍將保持增長勢頭，但增長幅度也會放緩。
胡正明在10日CSTIC2018開幕式上，發表題為《Will Scaling End？What Then？》(電晶體微縮將走到極限? 而接下來呢? )演講，指出未來半導體可能的技術發展與延續方向。CSTIC是目前中國最受矚目的半導體技術研究發表大會，今年由SEMI、IMEC、IEEE-EDS共同組織舉行。
電晶體微縮將走到天然極限
他首先將時光倒流到1999年，當時半導體行業內預測的是：電晶體的極限落在35奈米。但也就在同年，UC Berkeley同時提出兩個突破性研究：一是45納米FinFET電晶體，電晶體構造薄膜變得更薄；另一超薄構造(Ultra-thin body)也就是FDSOI。電晶體得益於薄膜變得更薄，讓新的電晶體消除界面以下數納米處的漏電。
然而未來限制電晶體持續微縮的因素還包含：1.根據國際半導體技術藍圖(ITRS)認為，矽的film/fin/wire最小到6納米為極限；此外，2D半導體晶體天然厚度值是0.6納米；再者，或者不再連接基板。他也點出，未來FinFET電晶體下一步可能走向高鰭(Tall Fin)或全包圍柵極(Gate-all-around；GAA)。
由於2D半導體晶體的天然厚度極限就是0.6納米，製程上遇到困難就是如何在12吋晶圓上均勻沉積生長材料，這是一很大的挑戰。不過目前MoS2化學沉積SiO2之上已經可以實現整片晶圓加工。
降低功耗NCFET未來潛在技術
除了電晶體構造與材料，另一個關鍵就是如何降低IC功耗。他指出，網際網路數據運算需要大量IC能耗與相應的散熱需求，臉書高效能數據中心建於瑞典，正因北歐擁有天然地理冷卻條件，從IC角度言，如何降低電壓，降低連接帶工作電壓(Vdd)，突破下一階段60mV/decade barrier限制？越來越多的研究正進行探索。
例如，下一代基於鐵電鉿氧化物的電晶體構造，也就是，負電容場效應電晶體（NCFET）可能是未來電晶體潛在技術。他以2015年FinFET和NCFET 30納米對比研究顯示，鐵電鉿氧化物形成薄膜，將柵極區隔成內、外兩極進行一個不同電壓下的表現對比。
IC產業不可替代性 摩爾定律將變慢
最後他指出，一方面原子尺寸是固定的，這是物理極限；另一方面，光刻和其他製程技術成本也愈來愈昂貴。這將使得電晶體微縮會變得越來越慢，但是即便沒有電晶體的微縮，IC產業也會持續成長。
他說，基於人類社會對智能科技的渴求，IC行業依然持續增長，而且看不出任何行業能夠取而代之；但是IC產業增長率可能愈來愈趨緩，自1995年以後不再享受高增長率，增長曲線反而愈來愈趨近於世界經濟增長率(GWP)。
只不過持續推進IC產業往下走，需要通過更多創新科技來改進其成本、功耗與速度，他以身在高校科研機構導師的身份觀察說，現在很多年輕世代往後數十年的努力，通過物理或化學研究很可能全然將他這一代研究給推翻掉，從而繼續讓摩爾定律向前走，並持續讓半導體行業保持有利可圖空間。