湖南大學的黑科技是什麼原理？1nm級晶片，不依賴高精度光刻機？

2021-06-21 23:11:23

前幾天，網上有一則訊息刷屏了，那就是眾多媒體報道稱，湖南大學的研究團隊，成功的實現了超短溝道的垂直場效應電晶體（VFET）。

這種電晶體技術，可以把電晶體做到3nm大小，而溝道長度只需要0.65nm，幾乎只有一個原子的大小。

而我們知道，在以往的晶片工藝中，溝道長度代表的就是晶片製程，也就是說0.65nm的溝道長度，就意味著0.65nm的晶片工藝。

要知道國內目前的技術還是14nm，臺積電還在5nm，突然湖南大學搞出一個0.65nm，確實讓人挺震驚的。

更重要的是，以往的晶片製造中，晶片工藝的提升，是高度依賴光刻機的精度的，比如7nm及以下的晶片，就要求EUV光刻機。

而湖南大學的這種垂直場效應電晶體，由於排列方式的不同，並不完全依賴於高精度的光刻機，考慮到目前國內根本就買不到EUV光刻機，而國產光刻機精度還在90nm。

所以這個新聞一出來，不火爆才怪呢。當然，也有人持懷疑態度，說過去的幾年，關於國產芯各種突破，各種打破壟斷，最後都全是吹牛皮，所以這個水份很大，不可信。

那麼這則訊息是真的麼？確實是真的，大家可以去湖南大學的官網上看到，同時相關的論文發表在了國際頂尖雜誌《Nature Electronics》上面，中文譯為《自然·電子學》

但是要說明的是，這個還只是實驗室的產物，真正要走向量產，走到生產車間用於工廠批量生產，可能還得很久。

那以這種技術的原理究竟是什麼？我們要說說以往的晶片構成，我們知道晶片都是由電晶體組成的，而電晶體在晶片中均是平行排列的，所以提高晶片製程，其實也是怎麼縮小電晶體與電晶體之間的距離，縮小電晶體的大小，那麼這就要用到高精度的光刻機。

而湖南大學團隊研究的是另外一種技術，就是垂直場效應電晶體，簡單的來講，就是電晶體不是平行排列的，是垂直排列的。這種縱向的結構具有天然的短溝道特性，半導體溝道位於底電極與頂部電極之間，溝道長度僅取決於材料厚度。

平行結構的溝道長度

垂直結構的溝道長度

而湖南大學的研究人員採用了範德華（vdW）金屬電極整合方法，以二硫化鉬（MoS2）作為半導體溝道的薄層甚至單原子層，也就是說溝道長度，其實就是一層二硫化鉬材料的厚度，所以最短達到了0.65nm。

而垂直排列的電晶體，也不需要利用到高精度光刻機，來縮短電晶體與電晶體之間的距離，搭積木式的一層一層往上壘就行了，這就是不需要高精度光刻機的原因。

垂直結構的積木，中間間隔特別小

事實上，一直以來都有科學家在研發這種垂直場效應的電晶體，湖南大學不是第一個研究的，但以往大家沒有找到好的材料，所以這種電晶體垂直排列時，會受到垂直隧穿電流的影響，導致是隻要在10nm以下時，就不受柵極調控，沒法實現。

而這次湖大團隊是以範德華（vdW）金屬電極整合方法，以二硫化鉬（MoS2）為材料，形成理想的範德華金屬-半導體介面，才實現到了0.65nm的厚度，讓這項技術變為可行。