Intel、TSMC及三星三大半導體工廠今年將量產10nm工藝,他們中進度快的甚至準備在明年上馬7nm工藝,2020年前后則要推出5nm工藝。但是隨著制程工藝的升級,半導體工藝也越來越逼近極限了,制造難度越來越大,5nm之后的工藝到現在為止都沒有明確的結論,晶體管材料、工藝都需要更新。在這一點上,美國又走在了前列,美國布魯克海文國家實驗室的科研人員日前宣布實現了1nm工藝制造。

有報道稱,美國能源部(DOE)下屬的布魯克海文國家實驗室的科研人員日前宣布創造了新的世界記錄,他們成功制造了尺寸只有1nm的印刷設備,使用還是電子束印刷工藝而非傳統的光刻印刷技術。

創造1nm工藝技術的團隊,圖中的女性名叫Lihua Zhang(諧音張麗華,大概是個是華人或者華裔)

這個實驗室的科研人員創造性地使用了電子顯微鏡造出了比普通EBL(電子束印刷)工藝所能做出的更小的尺寸,電子敏感性材料在聚焦電子束的作用下尺寸大大縮小,達到了可以操縱單個原子的地步。他們造出的這個工具可以極大地改變材料的性能,從導電變成光傳輸以及在這兩種狀態下交互。

他們的這項成就是在能源部下屬的功能納米材料中心完成的,1nm印刷使用的是STEM(掃描投射電子顯微鏡),被隔開11nm,這樣一來每平方毫米就能實現1萬億個特征點(features)的密度。通過偏差修正STEM在5nm半柵極在氫氧硅酸鹽類抗蝕劑下實現了2nm分辨率。

PS:這些技術聽上去激動人心,不過實驗室研發的技術并不代表能很快商業化,布魯克海文實驗室的1nm工藝跟目前的光刻工藝有很多不同,比如使用的是電子束而非激光光刻,所用的材料也不是硅基半導體而是PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)之類的,下一步他們打算在硅基材料上進行嘗試。

事實上這也不是科學家第一次實現1nm級別的工藝,去年美國能源部下屬的另一個國家實驗室——勞倫斯伯克利國家實驗室也宣布過1nm工藝,他們使用的是納米碳管和二硫化鉬等新材料。同樣地,這項技術也不會很快投入量產,因為碳納米管晶體管跟這里的PMMA、電子束光刻一樣跟目前的半導體工藝有明顯區別,要讓廠商們一下子全部淘汰現有設備,這簡直是不可能的。