“南宫NG·28”芯片制造行业的新方向：“自组装”技术解析

发布时间：2024-11-18 丨 浏览次数：

在半导体领域，“摩尔定律”堪称是无人不知、无人不晓。可以说道在过去几十年，半导体产业在摩尔定律的推展下高速发展。但是现在，随着晶体管图形尺寸渐渐迫近物理无限大，半导体工艺制程的前进也更加艰难，“摩尔定律”已杀的声音也开始不绝于耳。

不过，即便如此，科学界也仍然期望通过一些新的技术来之后推展摩尔定律的行进。“摩尔定律”已杀？摩尔定律是由英特尔创始人之一的戈登·摩尔（GordonMoore）于半个世纪前提出来的。其内容为，“当价格恒定时，集成电路上可容纳的晶体管的数目，大约间隔18－24个月之后不会增加一倍。

”自摩尔定律明确提出之后的几十年，整个半导体产业也显然按着摩尔定律在持续较慢的行进，但是自28nm之后，摩尔定律之后开始呈圆形上升态势，其所带给的经济效益也开始减少。虽然去年上半年台积电的7nm工艺早已量产，而且5nm也早已在路上，接下来3nm甚至是1nm也许依然还有路可以回头，但是这毫无疑问将不会更为的艰难。而更加令人乐观的是，虽然随着工艺的提高，晶体管密度还可以更进一步减少，但是需要带给的性能提高或功耗的减少却越来越少。

比如从28nm到16nm，面积增大了40％，速度提升了30％－40％，但是如果自由选择提高速度，那么功耗就不了减少多少。而在28nm之前，每一代制程工艺的升级，功耗都需要叛一半多，面积叛一半多，速度提高一倍多。但现在，这样的好事情早已一去不复返了。除此之外，随着工艺制程从10nm向7nm、5nm、3nm、1nm的之后演变，所必须代价的代价也极具高昂。

摩尔定律所带给的经济效益（即在价格恒定的情况下，每两年性能提高一倍甚至更加多）也将不会不复存在。此前，国外Semiengingeering网站曾公布过一篇工艺和芯片研发费用的文章。文中认为28nm节点的芯片开发成本为5130万美元；16nm节点则必须1亿美元；7nm节点必须2．97亿美元；5nm节点，研发芯片的费用将超过5．42亿美元；由于3nm还正处于最初期的开发阶段，所以其开发成本至今还难以确定，3nm的研发费用有可能多达10亿美元。

此外，先进设备的晶圆厂建设某种程度必须大量的现金反对，以使用近期的设备来提高工艺制程，这将更进一步拉高芯片的生产成本。比如7nm之后的5nm就必需要中用近期的EUV极紫外光刻技术，而目前全世界仅有ASML可以供应EUV光刻机，而且一台EUV光刻机的售价就低约1亿多美元。似乎，随着制程工艺的大大迫近物理无限大，不仅在技术构建上更加艰难，所必须的设备更加简单，而且芯片开发成本也急遽快速增长，如果芯片厂商没充足的实力，芯片销售没充足的出货量，将很难分担高昂的成本。

全新的“自装配”技术在“摩尔定律”的前进更加艰难，甚至“摩尔定律”已杀声音更加多的当下，还包括英特尔在内的众多半导体企业也争相寄希望于通过“内核架构创意”（比如使用非冯·诺伊曼系统架构）、芯片工艺由原本的2D改向2．5D／3D填充、磁矩电子、神经元计算出来、量子计算出来等方法来之后前进“摩尔定律”的经济效益。对于以上的这些新技术有可能大家某种程度都有理解和认识过，而在去年在德国举行的TED演说当中，来自美国的研究人员KarlSkjonnemand为沿袭“摩尔定律”明确提出了一种全新的思路，即利用“分子工程和仿真大自然的方法”来构建晶体管的“自装配”（self－directedassembly），从而很大的减少半导体生产的成本。▲根据资料表明KarlSkjonnemand目前是美国的一家专心于未来的芯片生产研发所须要先进设备的纳米材料公司的技术总监，他享有20年亚太、欧洲和美国项目管理经验。

在讲解“晶体管自装配”技术之前，我们有适当再行来理解下，传统的半导体生产工艺流程。我们可以非常简单看下下面这段视频讲解：上面这段视频只是展出了芯片生产流程当中较为最重要的一些步骤，实质上芯片生产比上面这段视频展出的更加简单，多达上百道工艺。而正是这些简单的生产流程以及每个流程当中对所必须的材料和设备的拒绝更加低，使得芯片生产成本也显得就越来高昂。

那么相对于传统的半导体生产工艺，所谓的晶体管的“自装配”技术又有何优势呢？KarlSkjonnemand指出，在传统的芯片当中，晶体管的微型结构特征有十分多都是反复的，是一种高度周期性的结构。因此，他想要在替代技术中利用这种周期性，他想要使用自装配材料，大自然的重新组建周期性结构，来建构晶体管，让这些材料来已完成精图案的制作，而不是企图在早已更加艰难的图案感应技术上突破。

自装配原理在大大自然中随处可见，比如我们的脂质膜到细胞结构，再行到DNA需要拷贝，并且一代代的遗传下去，就是一种大自然装配技术。因此，KarlSkjonnemand指出，自装配技术可以应用于到芯片生产当中。

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