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小于 1 纳米:新技术让微型芯片成为可能

对晶体的处理确保了尽可能小的元件。(图片来源:IBS)
对晶体的处理确保了尽可能小的元件。(图片来源:IBS)
7 纳米、5 纳米、3 纳米。MOSFET 和 FinFET 的尺寸越小,在相同的表面积上就能实现更多的电路。然而,发展正面临着一个非常实际的限制:原子半径。
Science

一个东西能造得多小,取决于相关构件有多小。例如,一个硅原子的尺寸为 117 皮米或 0.000000000117 米。这并不算大,但目前 3 纳米生产工艺的最小分辨率仅为这个数值的 26 倍。

因此,在某些时候,结构会变得过于精细,无法保证晶体管结构的可靠性。然而,韩国大田基础科学研究所的一个研究小组利用一种新方法,成功地跳过了几代芯片的开发过程。

目前,所需的结构是通过光刻技术在感光表面上逐步印出薄薄的一层。然而,这只能在几个原子的厚度上实现。

晶体中的缺陷并不比原子宽多少。(图片来源:Nanoscale Journal)
晶体中的缺陷并不比原子宽多少。(图片来源:Nanoscale Journal)

为了规避光刻工艺的技术限制,晶体结构中的缺陷被用作栅极。 研究人员在二维二硫化钼晶体的镜像结构之间找到了他们想要的东西。

这正是一个仅有 0.4 纳米(即 400 皮米)的一维间隙产生的地方,也就是勉强超过三个硅原子的地方。 通过一个分子一个分子地构建这种结构,可以使其比以前缩小近十倍。

根据这一尺寸,可以制造出长度为 3.9 纳米的晶体管,尽管目前只是理论上的。这相当于 3 纳米制造工艺的六分之一,或表面积的三十分之一。

根据技术实现的时间,芯片开发的时间表可能会得到极大的推进。 虽然 2 纳米应在 2025 年实现,但假设 0.5 纳米的分辨率要到 2037 年才能实现。

因此,摩尔定律可能在相当长的一段时间内继续适用。

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Mario Petzold, 2024-07-15 (Update: 2024-07-15)