出品丨自主可控新鮮事

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　　過去，在摩爾定律的驅(qū)動下，晶圓廠一直在緊追先進工藝，這場決賽的最后僅剩臺積電、三星和英特爾這幾家。

　　制程工藝的先進程度，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競相追趕。其中，臺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，目標今年試產(chǎn)近千片。

　　近日，三星半導體也宣布在其位于韓國的華城工廠開始量產(chǎn)全球最先進的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，一位27歲的華人將美國的芯片制造工藝突破到極限“1nm”，并稱未來可能不再依賴EUV光刻機，打破了世界難題。

　　華裔研究生，率隊突破芯片制程極限

　　近日，麻省理工學院（MIT）電氣工程與計算機科學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。

　　朱佳迪帶領(lǐng)團隊成功研制出原子級別厚度的芯片技術(shù)，這被認為是芯片行業(yè)又一個重要的技術(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，每個晶體管只有3個原子的厚度，堆疊起來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，朱佳迪帶隊研發(fā)的1nm芯片未來可能不再依賴EUV光刻機，這對于業(yè)界來說，才是重中之重。正如任正非所說：華為可以設(shè)計出世界上最先進的芯片，但是造不出世界上最先進的芯片。其原因就是缺少最先進的光刻機，而世界頂級的光刻機被荷蘭阿斯麥給把控。

　　目前的半導體芯片都是在晶圓上通過光刻/蝕刻等工藝加工出來的三維立體結(jié)構(gòu)，所以堆疊多層晶體管以實現(xiàn)更密集的集成是非常困難的 。而且，現(xiàn)在先進制程工藝的發(fā)展似乎也在1~3nm這里出現(xiàn)了瓶頸，所以不少人都認為摩爾定律到頭了。

　　但是由超薄2D材料制成的半導體晶體管，單個只有3個原子的厚度，可以大量堆疊起來制造更強大的芯片。

　　正因如此，朱佳迪及其團隊研發(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渡金屬二硫化物 (TMD) 材料層，以實現(xiàn)更密集的集成。

　　但是，直接將2D材料生成到硅CMOS晶圓上有一個問題，就是這個過程通常需要約600攝氏度的高溫，但硅晶體管和電路在加熱到400攝氏度以上時可能會損壞。

　　而朱佳迪等人開發(fā)出了一種不會損壞芯片的低溫生成工藝，可直接將2D半導體晶體管集成在標準硅電路之上。

　　此外，新技術(shù)還有兩個優(yōu)勢：擁有更好的工藝+減少生成時間。

　　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，但這種方式通常會導致缺陷，進而影響設(shè)備和電路的性能，而且在轉(zhuǎn)移2D材料時也非常困難。

　　相比之下， 這種新工藝會直接在整個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材料所需的時間。以前的方法需要超過一天的時間來生成2D材料，新方法則將其縮短到了一小時內(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，從而可以實現(xiàn)驚人的新事物。”

　　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)不需要光刻機就可以使芯片輕松突破 1nm 工藝，也能大幅降低半導體芯片的成本，如果現(xiàn)階段的光刻機技術(shù)無法突破 1nm 工藝的話，那么這種新技術(shù)將從光刻機手中拿走接力棒，屆時光刻機也將走進歷史。

　　業(yè)界呼吁：加強對半導體人才的重視

　　據(jù)了解，朱佳迪于2015年入讀北京大學微電子專業(yè)，2019年本科畢業(yè)后，進入麻省理工學院電氣工程計算機科學系攻讀博士學位，為異構(gòu)集成和3D IC研究組成員，研究重點是將新興的低維材料設(shè)備與設(shè)計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化 (DTCO) 方法相結(jié)合。

　　朱佳迪的研究成果，對于芯片行業(yè)來說無疑是一項重大突破。與此同時，國內(nèi)業(yè)界人士也紛紛感嘆，又一位優(yōu)秀的華人為美國所用。

　　事實上，半導體行業(yè)向來不乏華人的身影。我們最為熟悉的英偉達CEO黃仁勛，便是一個典型代表。

　　黃仁勛于1963年2月17在中國臺灣省臺北市出生，祖籍浙江省青田縣。1993年黃仁勛創(chuàng)立英偉達，經(jīng)過30年，英偉達市值突破萬億美元，創(chuàng)造了歷史。與此同時，黃仁勛身價也暴漲，突破330億美元，成為今年彭博億萬富豪榜上財富增值最快的人，同時也是單日財富增加幅度最大的一位。

　　此外，AMD CEO蘇姿豐、臺積電創(chuàng)始人張忠謀、幫助光刻機廠商ASML坐上光刻機老大位置的林本堅等等都是華人。

　　中微半導體創(chuàng)始人尹志堯，也是硅谷芯片大神。他曾總結(jié)稱，華人對美國集成電路歷史的發(fā)展做出了巨大貢獻。在創(chuàng)辦中微半導體發(fā)展國產(chǎn)刻蝕機之前，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組組長，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、任正非都曾呼吁國內(nèi)要對人才加強重視。任正非曾說：“要讓中國的雞回中國下蛋?！币虼?，華為對待人才也從不吝嗇，“天才少年”計劃就是其吸引頂尖人才、重視人才的一項重要舉措。

　　目前，我國半導體行業(yè)高端人才仍然存在較大缺口，若相關(guān)企業(yè)、科研機構(gòu)能加強對這方面的重視，加大人才吸引力度，相信會有越來越多的人才回歸祖國，為中國半導體突破“卡脖子”難題做出貢獻。

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