近几年,业界都在讨论摩尔定律是否已经失效,因为晶体管难以按照 2 年一次微缩的规律发展,毕竟硅基电路问世已经 60 年,微缩技术始终是有极限的。作为全球最大的晶圆代工厂,台积电在 28nm、16nm、10nm、7nm 的工艺制程上不断突破,5nm、3nm、2nm 已经在路上,未来是否会突破 1nm 工艺呢?

 

根据台积电的规划,2020 年会量产 5nm 工艺,2022 年则会量产 3nm 工艺,2nm 工艺在研发中,预计会在 2024 年问世。台积电也表示,正在研究 2nm 以下的工艺,正在逼近 1nm 工艺。其实 1nm 工艺还有更深的含义——1nm 级别的工艺有可能是硅基半导体的终结,再往下走就需要换材料了,比如纳米片、碳纳米管等,2017 年 IBM 领衔的科研团队就成功使用碳纳米管制造出了 1nm 晶体管。

 

 

硅基半导体发展的 60 年中,10nm、7nm、5nm、3nm 甚至 2nm 都被当做过硅基工艺的极限,现在来看还是一步步被突破了。台积电研发负责人、技术研究副总经理黄汉森(Philip Wong)曾经谈到过半导体工艺极限的问题,他认为到了 2050 年,晶体管来到氢原子尺度,即 0.1nm。

 

业界一直在追求更高的工艺制程,也有人士提高了量子芯片,所谓量子芯片就是将量子线路集成在基片上,进而承载量子信息处理的功能。借鉴于传统计算机的发展历程,量子计算机的研究在克服瓶颈技术之后,要想实现商品化和产业升级,需要走集成化的道路。超导系统、半导体量子点系统、微纳光子学系统、甚至是原子和离子系统,都想走芯片化的道路。从发展看,超导量子芯片系统从技术上走在了其它物理系统的前面;传统的半导体量子点系统也是人们努力探索的目标,因为毕竟传统的半导体工业发展已经很成熟,如半导体量子芯片在退相干时间和操控精度上一旦突破容错量子计算的阈值,有望集成传统半导体工业的现有成果,大大节省开发成本。

 

或许在 1nm 以后,随着半导体技术的发展,半导体工艺会走向另一个新的征程,不再受制于微缩技术的研发问题。