台积电发现迈向1nm甚至更先进制程的关键一步

半金属铋（Bi）的出现，凭借着能大幅降低电阻并提升电流的能力，给二维材料替代硅带来了希望。而台积电成功领先IBM与三星，抢占了1nm制程的先机。

先进制程大战你追我赶

虽然摩尔定律已经接近物理极限，但半导体业界对于更先进工艺制程的研究从未停止，比如台积电、三星、IBM等行业巨头，已经在3nm及以下工艺上取得了突破。

5月6日晚间，IBM正式官宣了全球首款采用2nm工艺的芯片。

虽然目前IBM的2nm工艺还处于实验室阶段，但这意味着，在全球半导体企业的制程大战中，IBM取得了领先。

不过，IBM的领先优势只维持了短短几天，全球代工巨头台积电便官宣了最新的研发进展。

与竞争对手三星、英特尔相比，台积电的领先优势无疑将在现有基础上，进一步扩大。按照台积电的说法，其3nm工艺将在今年年底进行风险试产。

除了3nm，台积电此前曾明确表示过，2nm工艺也将按计划时间表推出。

作为全球最大的代工厂，台积电无论在研发水平亦或是资金实力方面，都具有对手们无可比拟的优势。

当台积电正在朝着物理极限不断挑战之时，老对手三星不仅在7nm、5nm时代均处于下风，在3nm工艺上独辟蹊径采用的纳米片晶体管技术，也遭到不少质疑。

三星将在今年6月份展开4nm和3nm的风险试产，如果此消息为真，三星或许具备与台积电一战的实力。

而另一对手英特尔则还在艰难挤牙膏中。目前，英特尔还卡在7nm工艺迟迟无法突破，想要追赶台积电和三星，已然十分困难。

台积电突破1nm芯片领先竞争对手

5月18日，美国《自然》杂志公布了由台积电、中国台湾大学与麻省理工学院共同研发的半导体新材料——铋（Bi），有望成为突破摩尔定律1nm极限的新材料。

此次由台积电与台大、麻省理工学院共同发表的研究成果，首先由麻省理工团队发现在二维材料上搭配半金属铋（Bi）的电极，能大幅降低电阻并提高传输电流。

随后台积电技术研究部门将铋（Bi）沉积制程进行优化，台大团队并运用氦离子束微影系统将元件通道成功缩小至 nm 尺寸，最终取得了这项突破性的研究成果。

由上述三方研发的这项研究成果已在《Nature》期刊上发布，首度提出利用半金属铋（Bi）作为二维材料的接触电极，可大幅降低电阻并提高电流，使其效能几与硅一致，有助实现未来半导体1nm的制程。

台积电的这项研究发现：二维材料结合半金属铋能达到极低的电阻，接近量子极限，可以进一步缩小器件尺寸并扩展摩尔定律，有助于实现半导体 1nm 以下的艰巨挑战。

当前芯片的主流材料是硅，而目前半导体主流制程发展到了5纳米和3纳米节点，芯片单位面积，所能容纳的晶体管数目，已经逼近了硅这种材料的物理极限，芯片性能想要继续按照摩尔定律逐年提升，已经变得越来越不可能。

但是半导体产业还需要继续发展，所以近些年来，科学界一直在试图寻找能够取代硅的新材料，使得芯片能够在1纳米制程以下继续发展，但是二维材料的高电阻、低电流的情况始终难以解决，而台积电这项研究结果就是芯片新材料的一个突破。

这一旦成为现实，此前所谓的摩尔定律极限就要达成了。而要想提升芯片制程到1纳米，这需要全方位的配合，特别是芯片半导体材料的使用。

先进技术背后尴尬的真相

不管是IBM的2nm芯片技术还是台积电的1nm芯片技术，更先进的工艺带来的则是更强的性能，这确实让消费者所期待。

但我们目前需要的并不是这些2nm、1nm芯片技术的发布或量产，不管是IBM还是台积电，先进工艺的发布，只是为了证明其在半导体领域的地位。

而我国的发展策略是，未全力向5nm进军，反而更成熟的14nm、28nm才是最重要的，因为这些成熟的工艺在市场中的占比达到了90%。

这也是为什么当全球陷入芯片紧缺，台积电却在大陆扩产28nm工艺生产线的原因，因为需求量巨大的28nm市场才是各大企业未来几年的主战场。

美国的2nm芯片技术，台积电的1nm技术，我国不必去跨步追赶，而是要稳步发展，在成熟的工艺方面扎稳脚跟之后，再到先进的工艺领域寻找新突破口，同时也不必因为工艺落后而乱阵脚，即便是7nm，在未来10多年里也有着很大的市场空间。

结尾：

摩尔定律达到极限之时，需要采用全新的技术或材料，以往的市场格局有望被打破，台积电、三星等芯片代工巨头们将站到新的起跑线上，进行重新竞赛。

部分资料参考：数码密探：《台积电突破1nm芯片，中国却掌握原材料的命脉，储量占全球75%》，数码扒一扒：《1nm重大突破！台积电公布新武器，三星、英特尔望尘莫及》