7nm不是工藝的終點(diǎn),而是物理上的天花板。做個(gè)小于7nm的東西其實(shí)不難,用電子束光刻(ebeam lith)就行,但問題是,硅晶體管做到7nm以下后,中間隔的原子層數(shù)太少了,量子隧穿效應(yīng)就會(huì)讓漏電問題嚴(yán)重到無法忽略,這樣的晶體管根本沒法用。
芯片上集成的晶體管太多了,每個(gè)晶體管的柵極控制著電流能不能從源極流向漏極,而源極和漏極之間是通過硅連接的。隨著晶體管尺寸縮小,源極和漏極之間的溝道也跟著變短,當(dāng)短到一定程度時(shí),量子隧穿效應(yīng)就會(huì)更容易發(fā)生。這樣一來,晶體管就失去了開關(guān)的作用,邏輯電路也就沒法正常工作了。2016年有篇網(wǎng)上的文章說,用現(xiàn)有硅材料的芯片,如果晶體管柵長(zhǎng)低于7nm,電子就很容易出現(xiàn)量子隧穿效應(yīng),這對(duì)芯片制造商是個(gè)巨大挑戰(zhàn)。所以,7nm可能是硅芯片在物理層面的一個(gè)極限,但不一定絕對(duì)。
目前半導(dǎo)體行業(yè)肯定是先改結(jié)構(gòu)來應(yīng)對(duì),但從理論上講,每十年降低60mV這個(gè)極限是現(xiàn)階段半導(dǎo)體無法突破的。真正的下一代半導(dǎo)體肯定會(huì)基于完全不同的工作原理,不管是TFET、MIFET還是其他什么原理,肯定都會(huì)取代現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)。
難點(diǎn)和問題
半導(dǎo)體制冷技術(shù)挺復(fù)雜的,里面涉及一堆參數(shù),隨便一個(gè)都會(huì)影響制冷效果。比如實(shí)驗(yàn)室研究時(shí),噪聲太大就會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)環(huán)境。因?yàn)檫@種技術(shù)是基于粒子效應(yīng)的,而且還有可逆性,所以在應(yīng)用中冷熱端會(huì)產(chǎn)生很大溫差,這也會(huì)影響制冷效果。
1. 半導(dǎo)體材料的優(yōu)質(zhì)系數(shù)提升不上來,直接影響技術(shù)應(yīng)用。
2. 冷端和熱端散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還停留在理論階段,實(shí)際應(yīng)用中作用不大,導(dǎo)致整個(gè)技術(shù)沒法按需求提升。
3. 這個(gè)技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用受限,研究也沒從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),所以擴(kuò)展很難。
4. 在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,想讓這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展得好,還得考慮各種因素,只有把這些都搞定,才能讓技術(shù)真正發(fā)揮作用。
芯片上集成的晶體管太多了,每個(gè)晶體管的柵極控制著電流能不能從源極流向漏極,而源極和漏極之間是通過硅連接的。隨著晶體管尺寸縮小,源極和漏極之間的溝道也跟著變短,當(dāng)短到一定程度時(shí),量子隧穿效應(yīng)就會(huì)更容易發(fā)生。這樣一來,晶體管就失去了開關(guān)的作用,邏輯電路也就沒法正常工作了。2016年有篇網(wǎng)上的文章說,用現(xiàn)有硅材料的芯片,如果晶體管柵長(zhǎng)低于7nm,電子就很容易出現(xiàn)量子隧穿效應(yīng),這對(duì)芯片制造商是個(gè)巨大挑戰(zhàn)。所以,7nm可能是硅芯片在物理層面的一個(gè)極限,但不一定絕對(duì)。
目前半導(dǎo)體行業(yè)肯定是先改結(jié)構(gòu)來應(yīng)對(duì),但從理論上講,每十年降低60mV這個(gè)極限是現(xiàn)階段半導(dǎo)體無法突破的。真正的下一代半導(dǎo)體肯定會(huì)基于完全不同的工作原理,不管是TFET、MIFET還是其他什么原理,肯定都會(huì)取代現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)。
難點(diǎn)和問題
半導(dǎo)體制冷技術(shù)挺復(fù)雜的,里面涉及一堆參數(shù),隨便一個(gè)都會(huì)影響制冷效果。比如實(shí)驗(yàn)室研究時(shí),噪聲太大就會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)環(huán)境。因?yàn)檫@種技術(shù)是基于粒子效應(yīng)的,而且還有可逆性,所以在應(yīng)用中冷熱端會(huì)產(chǎn)生很大溫差,這也會(huì)影響制冷效果。
1. 半導(dǎo)體材料的優(yōu)質(zhì)系數(shù)提升不上來,直接影響技術(shù)應(yīng)用。
2. 冷端和熱端散熱系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還停留在理論階段,實(shí)際應(yīng)用中作用不大,導(dǎo)致整個(gè)技術(shù)沒法按需求提升。
3. 這個(gè)技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用受限,研究也沒從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),所以擴(kuò)展很難。
4. 在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,想讓這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展得好,還得考慮各種因素,只有把這些都搞定,才能讓技術(shù)真正發(fā)揮作用。