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好十倍:革命性的新型芯片生产可节约能源和成本

由于采用了全新的照明方法,只需一小部分激光就能达到同样的效果。(图片来源:OIST)
由于采用了全新的照明方法,只需一小部分激光就能达到同样的效果。(图片来源:OIST)
极紫外光可以生产 7 纳米芯片甚至更小的电路。然而,这需要巨大的功率,而且高性能技术价格昂贵。至少在此之前是这样。
Science

生产当前和未来计算机芯片的微小结构所使用的光,波长刚刚超过 10 纳米,已经接近 X 射线。准确地说,这是一种极紫外光,简称 EUV。

与 X 射线一样,这也带来了一个关键问题。极高能量的辐射几乎可以穿透所有材料,不幸的是,光刻所需的镜子也会被穿透。

CO2 激光器发出的激光中,只有 2% 的能量最终到达晶片。因此,改进的潜力还很大。

用途广泛

冲绳科技学院提出了一种方法来取代以前效率极低的技术。由于超紫外光不能简单地使用传统光学设备进行引导,因此需要使用月牙形反射镜进行复杂的排列,通常需要十次反射。

每次反射都会大大降低光的能量。因此,从根本上将这种设置减少到两个反射镜似乎是顺理成章的。除其他外,这种简化还得益于两个平行、互不影响的光源,这两个光源从相反的角度照射到光刻用的光掩膜上。

两面镜子中间都有一个小孔,以便实现与以前方法相同的激光照射精度。目前,分辨率应该可以达到 10 纳米。经过进一步优化,可以达到 7 纳米,最终达到 5 纳米或 2 纳米。

这种简化可节省大量能源。现在只需要 20 瓦功率的激光器,而不是 200 瓦的激光器。这相当于以前所需功率的十分之一,从而将整个芯片工厂所需的功率从大约 1 兆瓦减少到 100 千瓦。

根据该论文,还可以进一步节省成本。更小、更弱的激光器当然制造成本更低,但维护成本也更低。这也适用于整个进一步的建设。

电力、技术和运营成本可以大大降低,这意味着计算机芯片也可以远离庞大的工厂设施,在本地生产。届时,出现明显供应瓶颈的芯片危机(如最近在 2020 年至 2022 年间出现的危机)将不再那么现实。

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Mario Petzold, 2024-08-26 (Update: 2024-08-26)