2nm工艺进展受阻，微波炉成关键突破点 | 台积电&康奈尔大学

Pine 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

微波炉成制作2纳米芯片的关键技术。

没错，就是厨房里的那个微波炉。

康奈尔大学的研究团队改进了家用微波炉，使用微波的方法对芯片进行加工处理，还称这有可能使台积电和三星等领先制造商的芯片缩小到仅2纳米。

目前相关研究成果已发表在《应用物理快报》上。

微波炉能成为制作2纳米芯片的突破点？

具体如何，一起来看看吧。

微波技术增强了电流传导能力

在此之前，先简单了解下是什么限制了2nm芯片的制作。

芯片上会有很多个晶体管，在晶体管的内部，电流会从起始端（源极）流向终点（漏极）。

在这个过程中，电流会经过一个闸门（栅极），而栅极的宽度正是平时所说的芯片尺寸。

但随着制程技术的发展，栅极的宽度越来越小，源极和漏极之间的距离也越来越近。

这就会导致源、漏两极的电场对栅极产生干扰，进而使得栅极对电流的控制能力大大下降，也就是出现短沟道效应。

而解决短沟道效应很大程度上就是在芯片材料和工艺上下功夫，其中的一个办法就是提高器件沟道掺杂浓度。

具体来说，就是通过在芯片材料中掺杂大量的其他原子，然后对其进行退火来激活掺杂的原子。

比如说，将磷原子掺杂至硅中，然后对这个混合物进行加热退火，提高磷原子的平衡浓度，也就是说激活磷原子在硅中的活性，进而提高其电流传导能力。

但提高掺杂浓度并不是一件易事。

传统的提高平衡浓度的加热退火方法目前已经达到了极限，若要再提高，可能会导致硅晶体膨胀。

传统的方法行不通，只能另寻他路。

这不，康奈尔大学研究人员提出了一种新的提高磷的平衡浓度的方法：微波技术。

△图源：cornell.edu

在此之前，台积电就已经做出过微波可以激活多余的掺杂物的推测。

但微波有一个很大的弱点，就是驻波的存在，它不传导能量，会阻碍材料中掺杂物的持续激活。

那这么说，只要解决“驻波”这个问题，一切就都迎刃而解了。

的确如此，台积电与康奈尔大学的黄哲伦合作，一起改进了微波炉，使微波炉在工作过程中产生的驻波能够被有效控制。

这样一来，便能够有选择地控制驻波发生的时间，使得芯片材料中所掺杂的原子能够被适当激活，并且不会出现过度加热损坏晶体的状况。

除此之外，使用微波技术提高掺杂浓度，可能也会改变芯片中使用的晶体管的几何形状。

鳍式场效应晶体管结构已经存在20多年了，而微波退火使得一种新的晶体管结构成为可能，在这种结构中，晶体管作为纳米片水平叠加，可以进一步增加晶体管的密度和控制。

值得一提的是，黄哲伦还对这项技术做出预测：

这一技术可能用于生产出现在2025年左右的半导体材料和电子产品。

并且，他也与博士后詹卢卡 · 法比（Gianluca Fabi）共同申请了微波退火器的两项专利。

但对于微波技术能不能称得上是制作2nm芯片的关键技术，有网友发表了自己的意见。

基本上，他们改进了制造芯片的许多步骤之一。但这并不是芯片尺寸的步骤，相反，它只是一个准备步骤，以供其他步骤更好地运行。

对于微波技术，你觉得它称得上是2nm芯片的突破关键吗？

欢迎下方评论区留言～

论文链接：
https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0099083
参考链接：
https://news.cornell.edu/stories/2022/09/modified-microwave-oven-cooks-next-gen-semiconductors

— 完 —

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