現(xiàn)有晶體管制造

　　晶體管的制程大小一直是計(jì)算技術(shù)進(jìn)步的硬指標(biāo)。晶體管越小，同樣體積的芯片上就能集成更多，這樣一來處理器的性能和功耗都能會獲得巨大進(jìn)步。

　　多年以來，技術(shù)的發(fā)展都在遵循摩爾定律，即當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數(shù)目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月翻一倍以上。眼下，我們使用的主流芯片制程為14nm，而明年，整個業(yè)界就將開始向10nm制程發(fā)展。

　　不過放眼未來，摩爾定律開始有些失靈了，因?yàn)閺男酒闹圃靵砜矗?nm就是物理極限。一旦晶體管大小低于這一數(shù)字，它們在物理形態(tài)上就會非常集中，以至于產(chǎn)生量子隧穿效應(yīng)，為芯片制造帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，業(yè)界普遍認(rèn)為，想解決這一問題就必須突破現(xiàn)有的邏輯門電路設(shè)計(jì)，讓電子能持續(xù)在各個邏輯門之間穿梭。

　　研究團(tuán)隊(duì)指出，制程成功微縮至1納米就在于納米碳管與二硫化鉬（MoS 2 ）等材料的運(yùn)用。1納米大約是2～3個原子直徑，而納米碳管管壁管壁僅一個原子厚，早已被視為有望取代矽，借以提升晶體管性能、超越摩爾定律的關(guān)鍵材料。而常被作為引擎潤滑油主要成分的二硫化鉬（MoS 2 ）近年也被視為新興材料廣泛應(yīng)用于納米晶體管、LED、雷射與太陽能電池，也成了此次研究成功的重要關(guān)鍵要素。

　　場效晶體管透過汲極、源極間電流的流動與閘極的控制形成0 或1 的數(shù)字訊號，而納米制程所指的線寬就是閘極長度。電子透過矽的流動比二硫化鉬更輕、阻力更小，這對閘極長度在5 納米或線寬更長時是優(yōu)點(diǎn)，但在5 納米線寬以下，卻會出現(xiàn)量子力學(xué)里所謂的量子穿隧效應(yīng)，部分電子可能穿透閘極產(chǎn)生漏電流，甚至讓晶體管整個無法關(guān)閉造成失控。但透過二硫化鉬較硅來得重的特性，在較小線寬之下，還能有效控制電子流。

　　不過這一項(xiàng)研究仍在初步階段，研究主持人同時也是加州大學(xué)柏克萊分校電子工程及電腦科學(xué)教授的Ali Javey 自己也指出，該實(shí)驗(yàn)尚未轉(zhuǎn)移至芯片上、將其放大數(shù)十億倍，但Ali Javey 認(rèn)為，這是一個啟發(fā)，摩爾定律不會只停在5 納米，透過半導(dǎo)體新材料的應(yīng)用與持續(xù)的研究，摩爾定律或?qū)⒛苎永m(xù)下去。

　　眼下，這一研究還停留在初級階段，畢竟在14nm的制程下，一個模具上就有超過10億個晶體管，而要將晶體管縮小到1nm，大規(guī)模量產(chǎn)的困難有些過于巨大。不過，這一研究依然具有非常重要的指導(dǎo)意義，新材料的發(fā)現(xiàn)未來將大大提升電腦的計(jì)算能力。

　　總結(jié)：為什么會有人說各大廠進(jìn)入10 納米制程將面臨相當(dāng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主因是1 顆原子的大小大約為0.1 納米，在10 納米的情況下，一條線只有不到100顆原子，在制作上相當(dāng)困難，而且只要有一個原子的缺陷，像是在制作過程中有原子掉出或是有雜質(zhì)，就會產(chǎn)生不知名的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的良率。

　　如果無法想像這個難度，可以做個小實(shí)驗(yàn)。在桌上用100 個小珠子排成一個10×10 的正方形，并且剪裁一張紙蓋在珠子上，接著用小刷子把旁邊的的珠子刷掉，最后使他形成一個10×5 的長方形。這樣就可以知道各大廠所面臨到的困境，以及達(dá)成這個目標(biāo)究竟是多么艱巨。

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