华裔科学家颠覆光刻机时代！麻省理工突破1纳米工艺，引领2D晶体管革命的未来-icspec

华裔科学家颠覆光刻机时代！麻省理工突破1纳米工艺，引领2D晶体管革命的未来

来源:小麦大叔发布时间:2023-06-01

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来源：世界先进技术制造论坛

众所周知，光刻机作为芯片生产过程中的最主要的设备之一，其重要性不言而喻。

先进的制程工艺完全依赖于先进的光刻机设备，比如现阶段台积电最先进的第二代 3nm 工艺，离不开 EUV 光刻机。

然而，前不久麻省理工学院（MIT）华裔研究生朱家迪突破了常温条件下由二维（2D）材料制造成功的原子晶体管，每个晶体管只有 3 个原子的厚度，堆叠起来制成的芯片工艺将轻松突破 1nm。

▲朱佳迪拿着一块 8 英寸的二硫化钼薄膜 CMOS 晶圆

目前的半导体芯片都是在晶圆上通过光刻/蚀刻等工艺加工出来的三维立体结构，所以堆叠多层晶体管以实现更密集的集成是非常困难的。

而且，现在先进制程工艺的发展似乎也在 1~3nm 这里出现了瓶颈，所以不少人都认为摩尔定律到头了。

但是由超薄 2D 材料制成的半导体晶体管，单个只有 3 个原子的厚度，可以大量堆叠起来制造更强大的芯片。

正因如此，麻省理工学院的研究人员研发并展示了一种新技术，可以直接在硅芯片上有效地生成二维过渡金属二硫化物 (TMD) 材料层，以实现更密集的集成。

但是，直接将 2D 材料生成到硅 CMOS 晶圆上有一个问题，就是这个过程通常需要约 600 摄氏度的高温，但硅晶体管和电路在加热到 400 摄氏度以上时可能会损坏。

这次麻省理工学院（MIT）华裔研究生朱家迪等人的研究成果就是，开发出了一种不会损坏芯片的低温生成工艺，可直接将 2D半导体晶体管集成在标准硅电路之上。

此外，这位华裔研究生的新技术还有两个优势：拥有更好的工艺+减少生成时间。

之前研究人员是先在其他地方生成 2D材料，然后将它们转移到晶圆上，但这种方式通常会导致缺陷，进而影响设备和电路的性能，而且在转移 2D 材料时也非常困难。

相比之下，这种新工艺会直接在整个 8 英寸晶圆上生成出光滑、高度均匀的材料层。

其次就是能够显著减少生成 2D 材料所需的时间。以前的方法需要超过一天的时间来生成 2D 材料，新方法则将其缩短到了一小时内。

“使用二维材料是提高集成电路密度的有效方法。我们正在做的就像建造一座多层建筑。如果你只有一层，这是传统的情况，它不会容纳很多人。但是随着楼层的增加，大楼将容纳更多的人，从而可以实现惊人的新事物。”

朱家迪在论文中这样解释，“由于我们正在研究的异质集成，我们将硅作为第一层，然后我们可以将多层 2D 材料直接集成在上面。”

随着 ChatGPT 的兴起，带动了人工智能产业的蓬勃发展，AI 的背后就需要强大的硬件算力支持，也就是芯片。

该技术不需要光刻机就可以使芯片轻松突破 1nm 工艺，也能大幅降低半导体芯片的成本，如果现阶段的光刻机技术无法突破1nm 工艺的话，那么这种新技术将从光刻机手中拿走接力棒，届时光刻机也将走进历史~

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小麦大叔

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