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2nm芯片的制造,除了EUV光刻機,還需要一個微波爐?
2022/09/14
2022/09/14

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我們知道,芯片都是由晶體管組成的,比如蘋果的A16,有160億個晶體管。而電流在晶體管內部,會從起始端(源極)流向終點(漏極)。

而電流流動過的過程中,會經過一個閘門(柵極),而柵極的寬度正是平時所說的芯片工藝,也就是XXnm,比如蘋果A16就是4nm工藝,理論上柵極的寬度就是4nm。

而要提高芯片工藝,比如從4nm到3nm,再從3nm到2nm,就要縮短柵極的寬度。

而柵極的寬度小了,那麼源極漏極間的距離就短了。這樣造成的后果是源、漏兩極的電場對柵極產生干擾,然后柵極對電流的控制能力大大下降,最后芯片不穩定,漏電,功耗增加,性能下降等等……

以前7nm、5nm、3nm時,這種情況還稍能夠控制,從而不產生大的影響,但到2nm時,就沒法控制了,必須有進一步技術改進才行。

如何在縮短柵極寬度的同時,還減少源、漏兩極的電場對柵極的干擾?那就是要改變材料的特性了,使柵極更穩定。

之前台積電等廠商,已經試過很多辦法,比如在芯片材料中摻雜磷原子,然后再對這個混合物進行加熱退火,提高磷原子平衡濃度,激活活性,提高導電性能。

但目前這項技術也遇到了一些困難,普通的摻雜工藝不行,磷原子的平衡濃度不夠高,達不到要求,并且在進行加熱退火處理時,還可能會導致晶體管膨脹。

于是近日,康奈爾大學的研究人員提出了一種新的提高磷的平衡濃度的方法:微波技術。

在試驗的過程中,研究人員把摻雜磷原子的芯片,放到改進后的家中微波爐中進行測試,發現微波技術,可以使得芯片材料中的摻雜原子被激活,還不會出現晶體管膨脹的狀況。

目前康奈爾大學的James Hwang與博士后詹盧卡 · 法比(Gianluca Fabi)共同申請了微波退火器的兩項專利,同時相關論文已發表于 Applied Physics Letters。

研究人員預測,這一項技術在2025年就會應用于芯片制造上。

而2025年,台積電、三星的2nm芯片可能就會量產了,所以也就是說,2nm芯片的制造,除了EUV光刻外,可能還需要加一個微波爐了。

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