胡正明:技術創新可能讓半導體電晶體密度再增加1000倍
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「半導體市場正在經歷由技術推動到需求推動的轉變。
而半導體技術上的創新,可能讓半導體電晶體密度再增加1000倍,仍有巨大空間。
」近日,美國加州大學伯克利分校教授、國際微電子學家胡正明在接受集微網採訪時表示。
自1965年摩爾定律提出以來,歷經半個多世紀的發展,如今越來越遭遇挑戰,特別是新世紀以來,每隔十年,摩爾定律以及半導體的微型化似乎便會遭遇到可能終止的危機。
胡正明發明了鰭型電晶體(FinFET)以及「全耗盡型絕緣層上矽電晶體」(FD-SOI),兩大革命性創新為半導體帶來新契機。
2011年5月英特爾宣布使用FinFET技術,包括台積電、三星、蘋果也都陸續採用FinFET,開創了摩爾定律被唱衰後的新契機。
目前,台積電宣布7納米進入量產,預計在2019上半年展開5納米製程風險試產,對於產業走到5納米,胡正明表示,5納米未必代表著極限。
但要接受「物理極限」的客觀存在,在以往的技術中,可以通過測量線寬的方式去直觀的理解,但當工藝技術走進14nm、10nm、7nm,線寬已然成為了一個標籤。
「因為真正的目的是要實現速度、性能增加和功耗、成本減少,所以推進半導體微型化不一定是要減少尺寸,比如存儲器已經往三維方向演進。
」胡正明說。
在降低功耗方面,胡正明表示,通過負電容電晶體設計的引進,會將CMOS的電壓降低至0.4V、0.3V,甚至0.2V。
因為負電容器件(鐵電材料)的引進,在不同機制下可能會帶來速度限制的問題,但胡正明教授指出,到目前為止,它的限制還不會高過半導體電晶體的速度。
胡正明認為,正如同三維堆疊可以降低成本和增加密度,推動3D NAND快閃記憶體成為主流,堆疊的二維半導體電路也是較好的實現方式。
二維半導體只有2—3個原子的厚度,不需要人工打磨。
而他與伯克利研究團隊做的工作,首先是可以讓二維的半導體長在垂直的鰭式電晶體的結構上,即二維半導體可以用來蓋「高樓」;第二,可以讓二維半導體長在大面積的晶圓上,讓它覆蓋了垂直薄膜的電晶體,同時可以在一片晶片上做兩層、三層甚至更多層的電路;第三,用二維半導體製作的電晶體,可以把電晶體的三極縮小到1納米的寬度。
在胡正明看來,半導體微型化的進程將會減慢,一方面因為原子的尺寸固定,會達到物理極限;另一方面,光刻和其他製造技術變得越來越昂貴。
但創新永遠是行業的主題,通過創新技術,逐漸引入新材料,對於成本、功耗和性能將會持續改善。
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