IBM 剛剛官宣研發(fā)2nm芯片不久，臺積電再次發(fā)起了挑戰(zhàn)！ 臺積電取得1nm以下制程重大突破，不斷地挑戰(zhàn)著物理極限。 近日，臺大與臺積電、美國麻省理工學院合作研究發(fā)現(xiàn)二維材料結(jié)合「半金屬鉍（Bi）」能達極低電阻，接近量子極限。 這項研究成果由臺大電機系暨光電所教授吳志毅，與臺灣積體電路和MIT研究團隊共同完成，已在國際期刊Nature上發(fā)表，有助實現(xiàn)半導體1nm以下制程挑戰(zhàn)。  半導體新材料「鉍」：有望突破「摩爾定律」極限
 
目前半導體主流制程進展到5nm和3nm節(jié)點。 晶片單位面積能容納的電晶體數(shù)目，已將逼近半導體主流材料「硅」的物理極限，晶片效能也無法再逐年顯著提升。 近年科學界積極尋找能取代硅的二維材料，挑戰(zhàn)1nm以下的制程，卻苦于無法解決二維材料高電阻及低電流等問題。 臺大、臺積電和MIT自2019年展開了長達1年半的跨國合作，終于找到了這把key。
 
這個重大突破先由MIT團隊發(fā)現(xiàn)在「二維材料」上搭配「半金屬鉍（Bi）」的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。 臺積電技術(shù)研究部門則將「鉍（Bi）沉積制程」進行優(yōu)化，最后臺大團隊運用「氦離子束微影系統(tǒng)」將元件通道成功縮小至納米尺寸，終于獲得突破性的研究成果。 吳志毅教授說明，在使用「鉍（Bi）」為「接觸電極」的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)后，二維材料電晶體的效能，不但與「硅基半導體」相當，又有潛力與目前主流的硅基制程技術(shù)相容，有助于未來突破「摩爾定律」極限。  
研究成果能替下世代晶片，提供省電、高速等絕佳條件，未來可望投入人工智能、電動車、疾病預(yù)測等新興科技應(yīng)用。 臺積電走向2nm！預(yù)計2024年實現(xiàn)量產(chǎn)
 
幾十年來，半導體行業(yè)進步的背后存在著一條金科玉律，即摩爾定律。 摩爾定律表明：每隔 18~24 個月，集成電路上可容納的元器件數(shù)目便會增加一倍，芯片的性能也會隨之翻一番。  
然而，在摩爾定律放緩甚至失效的今天，全球幾大半導體公司依舊在拼命「廝殺」，希望率先拿下制造工藝布局的制高點。 臺積電在先進制程方面可謂是一騎絕塵。 3nm領(lǐng)域，臺積電一只獨秀。 2020年，5nm量產(chǎn)。 2nm預(yù)計在2023至2024推出。 此前報道曾介紹了臺積電近年來整個先進制程的布局：  
要知道，臺積電、英特爾和三星并稱半導體制造業(yè)「三巨頭」。在芯片制程逐漸縮小的路上，三大巨頭你追我趕。  
現(xiàn)在半路又殺出了IBM，上周竟宣布自己研發(fā)出了世界首個2nm芯片，相當于在指甲大小的芯片上容納多達500億個晶體管，速度更快并且更高效。  對與更先進的2nm制程，臺積電早在2019年就宣布對此研發(fā)。 去年，在5nm量產(chǎn)不久后，臺積電宣布2nm制程取得重大突破——切入環(huán)繞式柵極技術(shù)(gate-all-around，簡稱 GAA) 技術(shù)。 有別于3nm與5nm采用鰭式場效晶體管（FinFET）架構(gòu)。 FinFET 本身的尺寸已經(jīng)縮小至極限后，無論是鰭片距離、短溝道效應(yīng)、還是漏電和材料極限也使得晶體管制造變得岌岌可危，甚至物理結(jié)構(gòu)都無法完成。  而全環(huán)繞柵(GAA)是FinFET技術(shù)的演進， 溝道由納米線（nanowire）構(gòu)成，其四面都被柵極圍繞，從而再度增強柵極對溝道的控制能力，有效減少漏電。 臺積電在2nm研發(fā)上切入全環(huán)柵場效應(yīng)晶體管GAA，其競爭對手三星則早在2年前其揭露3nm技術(shù)工藝時，就宣布從FinFET轉(zhuǎn)向GAA，并「大放厥詞」：2030年要超過臺積電，取得全球芯片代工龍頭地位。 
這也算是為兩家企業(yè)2-3nm制程的市場之戰(zhàn)吹響了號角。 為了搶在臺積電之前完成3nm的研發(fā)，三星的芯片制造工藝由5nm直接上升到3nm，4nm則直接跳過。 盡管臺積電和三星在2nm-3nm市場你爭我奪，但是英特爾卻毫不在乎，依然堅持在14nm，10nm制程上的研發(fā)。 臺積電，三星對最先進制程的追趕，正是想要在世界先進制程領(lǐng)域一決高下。 臺積電加入美半導體聯(lián)盟
 
與此同時，出于利益考慮，全球晶圓代工第一大廠、島內(nèi)企業(yè)臺積電還積極尋求在美建廠，努力之一就是加入了剛剛成立的「美國半導體聯(lián)盟」。 本周二，由美國科技公司主導的游說團體「美國半導體聯(lián)盟」（Semiconductors in American Coalition，SIAC）成立。  SIAC成員目前包括蘋果、谷歌、微軟和英特爾，除了這些美國主導科技企業(yè)外，還包括三星、海力士，還有光刻機巨頭ASML，更有島內(nèi)晶圓代工大廠臺積電和聯(lián)發(fā)科。 對于加入SIAC的消息，臺積電沒有做出具體回應(yīng)。  這些成員任何一家的限制都會給我們的發(fā)展帶來阻擋。 專家解讀，可能讓中國更難達成不依賴美國技術(shù)、半導體自給自足的目標。 SIAC的當務(wù)之急是敦促美國政府提供「補助」。
一個由美國兩黨參議員組成的小組在周五公布了一項「520億美元」的提案，以在5年內(nèi)大幅提高美國半導體芯片生產(chǎn)和研究水平。 美參議員Mark Kelly等人一直在討論一項折中的方案，以「應(yīng)對中國半導體產(chǎn)量的上升，以及芯片短缺對汽車制造和其他美國產(chǎn)業(yè)的影響」。這項提案預(yù)計將被納入?yún)⒆h院下周討論的關(guān)于資助美國基礎(chǔ)和先進技術(shù)研究的法案中。 除了這項520億美元的提案，據(jù)美國《國會山報》報道，當?shù)貢r間5月12日，美國參議院商務(wù)、科學和運輸委員會以24：4的結(jié)果投****通過「無盡前沿」法案，授權(quán)在五年內(nèi)撥款「1100億美元」用于科技研究。  
「無盡前沿」法案將授權(quán)五年內(nèi)將其中1000億美元投資基礎(chǔ)和先進科技研究、商業(yè)化、教育和培訓項目，其中包括人工智能、半導體、量子計算、先進通信、生物技術(shù)和先進能源。 此外，法案還包括再撥款「100億美元」，設(shè)立至少十個區(qū)域技術(shù)中心，并創(chuàng)建一個供應(yīng)鏈危機應(yīng)對計劃，來解決殃及汽車生產(chǎn)的「半導體芯片缺口」等問題。 Hinrich基金會研究員、新加坡國立大學講師亞歷克斯·卡普里指出，因為美國正大力將半導體價值鏈與技術(shù)轉(zhuǎn)移回美國，并設(shè)下保護網(wǎng)，這讓「中國大陸提升芯片產(chǎn)業(yè)的努力，將更具挑戰(zhàn)性」。 卡普里認為，臺積電大幅度增加對美投資，并參與在美國建立領(lǐng)先的5納米甚至3納米芯片制造工廠，可能會給中國大陸帶來壓力，因為臺積電顯然不會在大陸蓋這類工廠。 臺積電上月證實曾投資29億美元擴大在南京的工廠，但該工廠的技術(shù)是28nm制程，比臺積電在美國亞利桑那州晶圓廠所使用的技術(shù)還要落后兩至三代。  
Intralink電子和嵌入軟件部門主管蘭道爾說，臺積電與其他加入SIAC的公司一樣，是出于自身利益的考量，有機會瓜分美國政府的500億美元資金。 同時，他表示，中國沒有類似集結(jié)全球各地公司的組織，而且組隊結(jié)盟有助美國與其盟友「長期保有領(lǐng)先中國的優(yōu)勢地位。」 
參考資料：https://www.cna.com.tw/news/ait/202105140051.aspxhttps://www.chipsinamerica.org/about/