芯片现最小能做到约3纳米，达到极限后，该如何突破瓶颈

顾汉现

芯片最小能做到多少纳米，达到极限后，该如何突破瓶颈？

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芯片最小能做到多少纳米，达到极限后，该如何突破瓶颈？
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2020-05-27 22:12

    目前，手机处理器是7nm，台积电即将量产5nm芯片，未来还有3nm、2nm，甚至1nm。根据台积电研发负责人在谈论半导体工艺极限问题时，认为到了2050年，晶体管可以达到氢原子尺度，即0.1nm，那么半导体工艺的“物理极限”是什么呢？


    制程工艺
    首先，我们了解一下芯片的制程工艺。华为的麒麟990处理器，指甲壳大小，集成了上百亿的晶体管，单个晶体管的结构如下图所示▼。


    在晶体管中，电流是从源极（Source）流向漏极（Drain），而栅极（Gate）相当于闸门，主要负责两端源极和漏极的通断。通代表1，断代表0，这样就实现了计算机世界的0、1运算。栅极的宽度，也称为删长，就是所说的xx nm制程工艺。

    通常来说，制程工艺越小，晶体管删长越小，电流通过时的损耗越少，表现出来就是手机常见的发热和功耗。同时，单位面积的芯片可以容纳更多的晶体管。因此，晶圆代工厂不断的升级技术，力求将栅极宽度做的越来越窄。然而，工艺的提升会受到光刻机技术、芯片“物理极限”等多方面因素的限制。

    如何突破技术限制？
    ①更换材料。目前，芯片采用的是硅基半导体结构，根据台积电的规划，今年实现5nm工艺，2022年实现3nm工艺，2024年实现2nm工艺，正在逼近1nm。2017年，IBM科研团队在实验室环境下，使用碳纳米材料，制造出了1nm的晶体管，1nm工艺后的芯片，可能采用纳米片、碳纳米管等新材料。

    ②结构的升级。目前，芯片制造采用了FinFET结构，随着工艺的提升，FinFET技术探底，新的结构将会诞生。2nm技术节点将会爱用Forsheet结构，1nm节点是采用CFET结构。


    不过，芯片制造总是有“物理极限”的，将会产生“量子效应”，PN结不能形成之前的工作状态，无法表现出0和1这种状态，取代数字电路的技术可能就是“量子计算”了。

https://wukong.toutiao.com/question/6830954037974696205/



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