出品丨自主可控新鮮事
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過去,，在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，晶圓廠一直在緊追先進(jìn)工藝,，這場(chǎng)決賽的最后僅剩臺(tái)積電,、三星和英特爾這幾家。
制程工藝的先進(jìn)程度,，也成為了全球晶圓代工領(lǐng)域的排名依據(jù),。目前，幾位晶圓代工巨頭在3nm,、2nm競(jìng)相追趕,。其中，臺(tái)積電率先于去年宣布量產(chǎn)3nm芯片,，并在近日透露已開啟2nm芯片試產(chǎn)前期工作,，目標(biāo)今年試產(chǎn)近千片。
近日,，三星半導(dǎo)體也宣布在其位于韓國的華城工廠開始量產(chǎn)全球最先進(jìn)的3nm制程工藝,，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。
就在眾大廠還在集中精力攻克3nm,、2nm制程之時(shí),，一位27歲的華人將美國的芯片制造工藝突破到極限“1nm”，并稱未來可能不再依賴EUV光刻機(jī),，打破了世界難題,。
華裔研究生，率隊(duì)突破芯片制程極限
近日,，麻省理工學(xué)院（MIT）電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系的華裔研究生朱佳迪（Jiadi Zhu）,，在Nature Nanotechnology發(fā)布的一篇論文，引起科技界轟動(dòng),。
朱佳迪帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功研制出原子級(jí)別厚度的芯片技術(shù),，這被認(rèn)為是芯片行業(yè)又一個(gè)重要的技術(shù)突破。
朱家迪的研究，突破了常溫條件下由二維（2D）材料制造成功的原子晶體管,，每個(gè)晶體管只有3個(gè)原子的厚度,，堆疊起來制成的芯片工藝將輕松突破1nm。甚至美媒喊出：這是屬于美國的榮耀,！
朱佳迪拿著一塊8英寸的二硫化鉬薄膜CMOS晶圓
更值得關(guān)注的是,，朱佳迪帶隊(duì)研發(fā)的1nm芯片未來可能不再依賴EUV光刻機(jī)，這對(duì)于業(yè)界來說,，才是重中之重,。正如任正非所說：華為可以設(shè)計(jì)出世界上最先進(jìn)的芯片，但是造不出世界上最先進(jìn)的芯片,。其原因就是缺少最先進(jìn)的光刻機(jī),，而世界頂級(jí)的光刻機(jī)被荷蘭阿斯麥給把控。
目前的半導(dǎo)體芯片都是在晶圓上通過光刻/蝕刻等工藝加工出來的三維立體結(jié)構(gòu),，所以堆疊多層晶體管以實(shí)現(xiàn)更密集的集成是非常困難的 ,。而且，現(xiàn)在先進(jìn)制程工藝的發(fā)展似乎也在1~3nm這里出現(xiàn)了瓶頸,，所以不少人都認(rèn)為摩爾定律到頭了,。
但是由超薄2D材料制成的半導(dǎo)體晶體管，單個(gè)只有3個(gè)原子的厚度,，可以大量堆疊起來制造更強(qiáng)大的芯片,。
正因如此，朱佳迪及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)并展示了一種新技術(shù),，可以直接在硅芯片上有效地生成二維過渡金屬二硫化物 (TMD) 材料層,，以實(shí)現(xiàn)更密集的集成。
但是,，直接將2D材料生成到硅CMOS晶圓上有一個(gè)問題,，就是這個(gè)過程通常需要約600攝氏度的高溫，但硅晶體管和電路在加熱到400攝氏度以上時(shí)可能會(huì)損壞,。
而朱佳迪等人開發(fā)出了一種不會(huì)損壞芯片的低溫生成工藝,，可直接將2D半導(dǎo)體晶體管集成在標(biāo)準(zhǔn)硅電路之上。
此外,，新技術(shù)還有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：擁有更好的工藝+減少生成時(shí)間,。
之前研究人員是先在其他地方生成2D材料，然后將它們轉(zhuǎn)移到晶圓上,，但這種方式通常會(huì)導(dǎo)致缺陷,，進(jìn)而影響設(shè)備和電路的性能，而且在轉(zhuǎn)移2D材料時(shí)也非常困難,。
相比之下， 這種新工藝會(huì)直接在整個(gè)8英寸晶圓上生成出光滑、高度均勻的材料層,。
其次就是能夠顯著減少生成2D材料所需的時(shí)間,。以前的方法需要超過一天的時(shí)間來生成2D材料，新方法則將其縮短到了一小時(shí)內(nèi),。
“使用二維材料是提高集成電路密度的有效方法,。我們正在做的就像建造一座多層建筑。如果你只有一層,，這是傳統(tǒng)的情況,，它不會(huì)容納很多人。但是隨著樓層的增加,，大樓將容納更多的人,，從而可以實(shí)現(xiàn)驚人的新事物?！?/p>
朱佳迪在論文中這樣解釋,，“由于我們正在研究的異質(zhì)集成，我們將硅作為第一層,，然后我們可以將多層2D材料直接集成在上面,。”
該技術(shù)不需要光刻機(jī)就可以使芯片輕松突破 1nm 工藝,，也能大幅降低半導(dǎo)體芯片的成本,，如果現(xiàn)階段的光刻機(jī)技術(shù)無法突破 1nm 工藝的話，那么這種新技術(shù)將從光刻機(jī)手中拿走接力棒,，屆時(shí)光刻機(jī)也將走進(jìn)歷史,。
業(yè)界呼吁：加強(qiáng)對(duì)半導(dǎo)體人才的重視
據(jù)了解，朱佳迪于2015年入讀北京大學(xué)微電子專業(yè),，2019年本科畢業(yè)后,，進(jìn)入麻省理工學(xué)院電氣工程計(jì)算機(jī)科學(xué)系攻讀博士學(xué)位，為異構(gòu)集成和3D IC研究組成員,，研究重點(diǎn)是將新興的低維材料設(shè)備與設(shè)計(jì)技術(shù)協(xié)同優(yōu)化 (DTCO) 方法相結(jié)合,。
朱佳迪的研究成果，對(duì)于芯片行業(yè)來說無疑是一項(xiàng)重大突破,。與此同時(shí),，國內(nèi)業(yè)界人士也紛紛感嘆，又一位優(yōu)秀的華人為美國所用,。
事實(shí)上,，半導(dǎo)體行業(yè)向來不乏華人的身影。我們最為熟悉的英偉達(dá)CEO黃仁勛,，便是一個(gè)典型代表,。
黃仁勛于1963年2月17在中國臺(tái)灣省臺(tái)北市出生,，祖籍浙江省青田縣。1993年黃仁勛創(chuàng)立英偉達(dá),，經(jīng)過30年,，英偉達(dá)市值突破萬億美元，創(chuàng)造了歷史,。與此同時(shí),，黃仁勛身價(jià)也暴漲，突破330億美元,，成為今年彭博億萬富豪榜上財(cái)富增值最快的人,，同時(shí)也是單日財(cái)富增加幅度最大的一位。
此外,，AMD CEO蘇姿豐,、臺(tái)積電創(chuàng)始人張忠謀、幫助光刻機(jī)廠商ASML坐上光刻機(jī)老大位置的林本堅(jiān)等等都是華人,。
中微半導(dǎo)體創(chuàng)始人尹志堯,，也是硅谷芯片大神。他曾總結(jié)稱,，華人對(duì)美國集成電路歷史的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn),。在創(chuàng)辦中微半導(dǎo)體發(fā)展國產(chǎn)刻蝕機(jī)之前，尹志堯曾在硅谷有一段工作經(jīng)歷,。他表示英特爾某些研究題庫組組長,，經(jīng)理絕大部分是華人，工藝集成部門最能干的幾位工程師多數(shù)也是華人,。
因此,，尹志堯、任正非都曾呼吁國內(nèi)要對(duì)人才加強(qiáng)重視,。任正非曾說：“要讓中國的雞回中國下蛋,。”因此,，華為對(duì)待人才也從不吝嗇,，“天才少年”計(jì)劃就是其吸引頂尖人才、重視人才的一項(xiàng)重要舉措,。
目前,，我國半導(dǎo)體行業(yè)高端人才仍然存在較大缺口，若相關(guān)企業(yè),、科研機(jī)構(gòu)能加強(qiáng)對(duì)這方面的重視,，加大人才吸引力度，相信會(huì)有越來越多的人才回歸祖國,，為中國半導(dǎo)體突破“卡脖子”難題做出貢獻(xiàn),。
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