出品丨自主可控新鮮事

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　　過(guò)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(guó)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(guó)的芯片制造工藝突破到極限“1nm”，并稱未來(lái)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(lái)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(guó)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(lái)可能不再依賴EUV光刻機(jī)，這對(duì)于業(yè)界來(lái)說(shuō)，才是重中之重。正如任正非所說(shuō)：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(guò)光刻/蝕刻等工藝加工出來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)一天的時(shí)間來(lái)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?！?/p>

　　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(wú)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(lái)說(shuō)無(wú)疑是一項(xiàng)重大突破。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)業(yè)界人士也紛紛感嘆，又一位優(yōu)秀的華人為美國(guó)所用。

　　事實(shí)上，半導(dǎo)體行業(yè)向來(lái)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(guó)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(guò)30年，英偉達(dá)市值突破萬(wàn)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(wàn)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(guó)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(guó)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(kù)組組長(zhǎng)，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(guó)內(nèi)要對(duì)人才加強(qiáng)重視。任正非曾說(shuō)：“要讓中國(guó)的雞回中國(guó)下蛋?！币虼?，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(guó)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(lái)越多的人才回歸祖國(guó)，為中國(guó)半導(dǎo)體突破“卡脖子”難題做出貢獻(xiàn)。

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