作為摩爾定律的指標(biāo)性人物，胡正明不僅是延續(xù)定律的“推手”、發(fā)明FinFET與FDSOI的科學(xué)家，同時也是前瞻行業(yè)未來的“預(yù)言者”。胡正明10日在中國國際半導(dǎo)體技術(shù)大會(CSTIC)上持“謹慎樂觀”觀點指出，半導(dǎo)體晶體管將會持續(xù)微縮，但接下來，摩爾定律將會變慢，IC產(chǎn)業(yè)仍將保持增長勢頭，但增長幅度也會放緩。

胡正明在10日CSTIC2018開幕式上，發(fā)表題為《Will Scaling End？What Then？》(晶體管微縮將走到極限? 而接下來呢? )演講，指出未來半導(dǎo)體可能的技術(shù)發(fā)展與延續(xù)方向。CSTIC是目前中國最受矚目的半導(dǎo)體技術(shù)研究發(fā)表大會，今年由SEMI、IMEC、IEEE-EDS共同組織舉行。

晶體管微縮將走到天然極限

他首先將時光倒流到1999年，當(dāng)時半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)預(yù)測的是：晶體管的極限落在35奈米。但也就在同年，UC Berkeley同時提出兩個突破性研究：一是45納米FinFET晶體管，晶體管構(gòu)造薄膜變得更??；另一超薄構(gòu)造(Ultra-thin body)也就是FDSOI。晶體管得益于薄膜變得更薄，讓新的晶體管消除界面以下數(shù)納米處的漏電。

然而未來限制晶體管持續(xù)微縮的因素還包含：1.根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖(ITRS)認為，硅的film/fin/wire最小到6納米為極限；此外，2D半導(dǎo)體晶體天然厚度值是0.6納米；再者，或者不再連接基板。他也點出，未來FinFET晶體管下一步可能走向高鰭(Tall Fin)或全包圍柵極(Gate-all-around；GAA)。

由于2D半導(dǎo)體晶體的天然厚度極限就是0.6納米，制程上遇到困難就是如何在12吋晶圓上均勻沉積生長材料，這是一很大的挑戰(zhàn)。不過目前MoS2化學(xué)沉積SiO2之上已經(jīng)可以實現(xiàn)整片晶圓加工。

降低功耗NCFET未來潛在技術(shù)

除了晶體管構(gòu)造與材料，另一個關(guān)鍵就是如何降低IC功耗。他指出，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)運算需要大量IC能耗與相應(yīng)的散熱需求，臉書高效能數(shù)據(jù)中心建于瑞典，正因北歐擁有天然地理冷卻條件，從IC角度言，如何降低電壓，降低連接帶工作電壓(Vdd)，突破下一階段60mV/decade barrier限制？越來越多的研究正進行探索。

例如，下一代基于鐵電鉿氧化物的晶體管構(gòu)造，也就是，負電容場效應(yīng)晶體管（NCFET）可能是未來晶體管潛在技術(shù)。他以2015年FinFET和NCFET 30納米對比研究顯示，鐵電鉿氧化物形成薄膜，將柵極區(qū)隔成內(nèi)、外兩極進行一個不同電壓下的表現(xiàn)對比。

IC產(chǎn)業(yè)不可替代性 摩爾定律將變慢

最后他指出，一方面原子尺寸是固定的，這是物理極限；另一方面，光刻和其他制程技術(shù)成本也愈來愈昂貴。這將使得晶體管微縮會變得越來越慢，但是即便沒有晶體管的微縮，IC產(chǎn)業(yè)也會持續(xù)成長。

他說，基于人類社會對智能科技的渴求，IC行業(yè)依然持續(xù)增長，而且看不出任何行業(yè)能夠取而代之；但是IC產(chǎn)業(yè)增長率可能愈來愈趨緩，自1995年以后不再享受高增長率，增長曲線反而愈來愈趨近于世界經(jīng)濟增長率(GWP)。

只不過持續(xù)推進IC產(chǎn)業(yè)往下走，需要通過更多創(chuàng)新科技來改進其成本、功耗與速度，他以身在高?？蒲袡C構(gòu)導(dǎo)師的身份觀察說，現(xiàn)在很多年輕世代往后數(shù)十年的努力，通過物理或化學(xué)研究很可能全然將他這一代研究給推翻掉，從而繼續(xù)讓摩爾定律向前走，并持續(xù)讓半導(dǎo)體行業(yè)保持有利可圖空間。