為什麼說5nm是現有芯片工藝的極限呢
？

 

Source：源極 Gate：柵極 Drain：漏極

 

這個主要是由於現有芯片製造的原材料是“晶元”、或(huo)者(zhe)說(shuo)矽(gui)片(pian)
，也(ye)就(jiu)是(shi)矽(gui)，所(suo)以(yi)我(wo)們(men)才(cai)說(shuo)矽(gui)芯(xin)片(pian)。一(yi)塊(kuai)看(kan)起(qi)來(lai)非(fei)常(chang)小(xiao)的(de)芯(xin)片(pian)，實(shi)際(ji)上(shang)已(yi)經(jing)整(zheng)合(he)了(le)數(shu)以(yi)億(yi)計(ji)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)，晶(jing)體(ti)管(guan)簡(jian)單(dan)而(er)言(yan)可(ke)以(yi)看(kan)作(zuo)是(shi)一(yi)個(ge)可(ke)控(kong)的(de)電(dian)子(zi)開(kai)關(guan)，晶(jing)體(ti)管(guan)由(you)源(yuan)極(ji)、漏極和位於他們之間的柵極所組成
，電流從源極流入漏極，柵極則起到控製電流通斷的作用，從而產生0 1數字信號，在目前的芯片中

，連接晶體管源極和漏極的是矽元素。

 

 

然(ran)而(er)隨(sui)著(zhe)晶(jing)體(ti)管(guan)尺(chi)寸(cun)的(de)不(bu)斷(duan)縮(suo)小(xiao)
，源(yuan)極(ji)和(he)柵(zha)極(ji)間(jian)的(de)溝(gou)道(dao)也(ye)在(zai)不(bu)斷(duan)縮(suo)短(duan)，當(dang)溝(gou)道(dao)縮(suo)短(duan)到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)的(de)時(shi)候(hou)，量(liang)子(zi)隧(sui)穿(chuan)效(xiao)應(ying)就(jiu)會(hui)變(bian)得(de)極(ji)為(wei)容(rong)易(yi)
，換(huan)言(yan)之(zhi)
，就(jiu)算(suan)是(shi)沒(mei)有(you)加(jia)電(dian)壓(ya)
，源(yuan)極(ji)和(he)漏(lou)極(ji)都(dou)可(ke)以(yi)認(ren)為(wei)是(shi)互(hu)通(tong)的(de)，那(na)麼(me)晶(jing)體(ti)管(guan)就(jiu)失(shi)去(qu)了(le)本(ben)身(shen)開(kai)關(guan)的(de)作(zuo)用(yong)，因(yin)此(ci)也(ye)沒(mei)法(fa)實(shi)現(xian)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)。

 

從現在來看，10nm工藝是能夠實現的，7nm也有了一定的技術支撐
，而5nm則是現有半導體工藝的物理極限
，那麼芯片的發展就此結束了嗎？

 

其(qi)實(shi)問(wen)題(ti)分(fen)析(xi)到(dao)這(zhe)，大(da)家(jia)也(ye)應(ying)該(gai)明(ming)白(bai)了(le)，不(bu)是(shi)矽(gui)片(pian)發(fa)展(zhan)到(dao)頭(tou)了(le)，而(er)是(shi)矽(gui)芯(xin)片(pian)的(de)發(fa)展(zhan)到(dao)了(le)極(ji)限(xian)了(le)，要(yao)突(tu)破(po)這(zhe)個(ge)極(ji)限(xian)的(de)話(hua)，隻(zhi)能(neng)靠(kao)使(shi)用(yong)其(qi)它(ta)材(cai)料(liao)才(cai)代(dai)替(ti)矽(gui)了(le)。
 

 

 

近年來，石墨烯被炒得很熱
，它具有很強的導電性、可彎折
、強度高，這些特性可以被應用於各個領域中，甚至具有改變未來世界的潛力，也有不少人把它當成是取代矽，成為未來的半導體材料。

 

 

 

碳納米管和近年來非常火爆的石墨烯有一定聯係，零維富勒烯、一維碳納米管、erweishimoxidoushuyutannamicailiaojiazu，bingqiebicizhijianmanzuyidingtiaojianhoukeyizaixingshishangzhuanhua。tannamiguanshiyizhongjuyouteshujiegoudeyiweicailiao，tadejingxiangchicunkedadaonamiji，zhouxiangchicunweiweimiji

，guandeliangduanyibandoufengkou，yincitayouhendadeqiangdu，tongshijudadechangjingbiyouwangshiqizhizuochengrenxingjihaodetanxianwei。

 

碳納米管和石墨烯在電學和力學等方麵有著相似的性質，有較好的導電性、力學性能和導熱性，這使碳納米管複合材料在超級電容器、太陽能電池、顯示器
、生物檢測、燃料電池等方麵有著良好的應用前景。此外，摻雜一些改性劑的碳納米管複合材料也受到人們的廣泛關注，例如在石墨烯/碳納米管複合電極上添加CdTe量子點製作光電開關、摻雜金屬顆粒製作場致發射裝置。

 

有外媒報道的勞倫斯伯克利國家實驗室將現有最精尖的晶體管製程從14nm縮減到了1nm，qijingtiguanjiushiyoutannamiguanchanzaerliuhuamuzhizuoercheng。buguozheyijishuchengguojinjinchuyushiyanshijishutupodejieduan
，muqianhaimeiyoushangyehualiangchandenengli。zhiyugaixiangjishujianglaishifouhuichengweizhuliushangyongjishu，haiyoudaishijianjianyan。

 

再zai來lai說shuo說shuo光guang刻ke機ji分fen辨bian率lv的de事shi要yao想xiang做zuo出chu更geng小xiao製zhi程cheng的de芯xin片pian
，不bu僅jin要yao求qiu材cai料liao能neng夠gou達da到dao這zhe個ge極ji限xian
，光guang刻ke機ji的de分fen辨bian率lv也ye是shi一yi個ge非fei常chang重zhong要yao的de指zhi標biao。如ru果guo光guang刻ke機ji無wu法fa曝pu出chu這zhe麼me細xi的de線xian條tiao

，那na麼me再zai好hao的de技ji術shu也ye是shi白bai搭da。

 

 

要想提高分辨率，可以從光源、孔徑NA和工藝三個方麵來考慮。

 

 

光刻機分辨率：從1.0μm到7nm的演變過程、光源波長從436nm（G-line），經曆356nm(I-line)和248nm（KrF），到193nm（ArF）、EUV的過程；NA從0.35經曆了0.45、0.55、0.6、0.85；K1因子的變化由0.8～0.4等。然而，短波光學係統設計加工及相關材料的開發、NA的繼續增加和K1的不斷減小正麵臨著一係列的挑戰。例如：大NA光學係統將導致焦深的減少，造成工件台和環境的控製更加苛刻
，要求物鏡波麵差更小；較低的K1導致掩膜誤差因子的增大，造成複製圖形精度和保真度的下降。

 

 

EUV的基本工作原理：激光對準氙氣噴嘴。當激光擊中氙氣時，會使氙氣變熱並產生等離子體
；一旦產生等離子體，電子便開始逃逸
，從而發出特定波長的光；接著這種光進入聚光器，然後後者將光彙聚並照到掩膜上；通過在反射鏡的一些部分施加而其它部分不施加吸收體，在反射鏡上形成芯片一個平麵的圖案的光學表示，這樣就產生了掩膜；掩膜上的圖案被反射到四到六個曲麵反射鏡上，從而將圖像微縮，並將圖像聚投到矽晶圓上；每個反射鏡使光線稍微彎曲以形成晶圓上的圖像，這就像照相機中的透鏡將光彎曲以在膠片上形成圖像一樣。

 

 

整個工藝必須在真空中進行
，因為這些光波長太短，甚至空氣都會將它們吸收。此外
，EUV使用塗有多層鉬和矽的凹麵和凸麵鏡。如果沒有塗層，光在到達晶圓之前幾乎就會被完全吸收。

 

不過雖然原理簡單
，但是這種光源設備和鏡頭目前中國還暫時沒有這類技術
，目前唯一能做出EUV光刻機的隻有荷蘭的ASML，中國還需要加油。