芯片進入2nm一定要使用GAAFET晶體管技術，之前的FinFET晶體管技術，必須拋棄？

隨著近日最新出產(chǎn)的高性能芯片大量使用4nm工藝，不少廠商的3nm制程工藝也被提上日程，正式進入到了測試階段，也預計將在2023年年末就會看到3nm制程的產(chǎn)品面向市場。臺積電、三星和英特爾三家芯片廠商開啟了芯片制程工藝競爭。

前段時間，三星公布了自家的3nm制程工藝已經(jīng)達到了可以批量生產(chǎn)的標準，因為三星工藝在驍龍888和驍龍8Gen1兩款芯片上的表現(xiàn)并不盡如人意，所以仍有不少相關機構認為臺積電的3nm會優(yōu)于三星工藝，但目前仍處在相關芯片工藝參數(shù)爆料階段，并不能說明最后使用相關工藝的芯片性能有差別。

今日，據(jù)相關媒體報道，三星電子的芯片合同制造業(yè)務周二表示，盡管目前全球經(jīng)濟不景氣，但它計劃到2027年將其先進芯片的產(chǎn)能提高三倍以上，以滿足強勁的需求。

這家僅次于臺積電的世界第二大代工廠的目標是到2025年大規(guī)模生產(chǎn)先進的2nm技術芯片，到2027年大規(guī)模生產(chǎn)1.4nm芯片，這些芯片將用于高性能計算和人工智能等應用。

據(jù)此前報道，三星主要競爭對手臺積電2nm制程將于2025年量產(chǎn)，并且就現(xiàn)在的進度來看，有望領先其競爭對手三星和英特爾。

眾所周知，所有的晶體管都是由晶體管構成，像蘋果公司的A16，就有160億個晶體管。而在晶體管中的電流，則會從源電極開始，一直流到最后(漏)。

而在流過的時候，會有一道門(門)，這道門的寬度，就是所謂的晶片技術，也就是XXnm，蘋果A16的4nm制程，理論上應該有4nm左右。

而要想進一步提升，從4納米到3納米，再從3納米提升到2納米，這就意味著要將柵極的厚度縮小。

而越窄的柵極，源極和漏極之間的間隔就越短。如此一來，源極和漏極的電場會干擾柵極，柵極就會失去對電流的控制，從而導致晶片的不穩(wěn)定、漏電、功率消耗、性能降低。

以前7nm、5nm、3nm的時候，還能勉強控制，不會有太大的影響，但到了2nm，就不可能了，需要更多的技術去完善。

怎樣在減小源和漏極的電場的情況下，既減小了柵極的寬度，又減少了源和漏極的電場對柵極的影響?也就是要改變這種材料的性質(zhì)，這樣才能保證柵極的穩(wěn)定性。

臺積電等公司，也曾嘗試過多種方法，例如將磷元素摻入到晶片材料中，通過加熱退火，以增加磷原子的平衡，激發(fā)其活性，改善其導電性。

但是，這種技術目前也面臨著一個難題，常規(guī)的摻雜工藝是無法做到的，磷原子的平衡濃度不夠，無法滿足需要，而且在進行加熱退火時，還會引起晶體管的膨脹。

因此，前段時間康奈爾大學的研究者們又推出了一種新的方法來增加磷的平衡：微波。

在實驗的時候，他們用了一種特殊的方法，在家里的微波爐里，用微波爐進行了實驗，結果發(fā)現(xiàn)，這種技術，可以在不引起晶體管膨脹的情況下，激發(fā)出摻雜的原子。

康奈爾大學的詹姆斯·黃現(xiàn)在和博士后詹盧卡·法比一起為微波退火申請了兩個專利，相關的文章已經(jīng)在AppliedPhysicsLetters上發(fā)表。

研究者預計，到2025年，這項技術將被用于芯片生產(chǎn)。

到了2025年，三星、臺積電都有可能將2nm芯片生產(chǎn)出來，這意味著，2nm芯片的生產(chǎn)，除了EUV光刻之外，還得再加上一個微波爐。

眾所周知，三星上半年量產(chǎn)了3nm芯片，采用的是GAAFET晶體管技術，也就是全柵場效應晶體管，相比于上一代的FinFET晶體管，功耗率，性能更強。

而臺積電則會在2nm時使用上GAAFET技術，目前業(yè)界公認的是，只要芯片進入2nm，就一定要使用GAAFET晶體管技術，之前的FinFET晶體管技術，必須拋棄。

而之前也一直傳聞，美國有意將設計GAAFET晶體管的EDA軟件，進行出口管制，不允許賣到中國大陸來，以此來卡死中國大陸的2nm技術。

8月12日，政策終于出來了，美國商務部工業(yè)和安全局(BIS)在聯(lián)邦公報上發(fā)布一項臨時最終規(guī)定，對4項“新興和基礎技術”實施最新出口管制。

其中開發(fā)GAAFET(全柵場效應晶體管)結構集成電路必須用到的EDA(電子計算機輔助設計)軟件，被列入管制范圍，將在自今年8月15日起算60天后生效。

這意味著接下來，中國企業(yè)就算掌握了先進的芯片設計技術，擁有設計2nm芯片的能力，但在缺少EDA工具的情況之下，也會受到很大的限制。

以往美國更多的是卡住芯片制造方面，為何這次連EDA工具也要卡死了?

原因在于，雖然我們的芯片制造技術跟不上，但設計技術，與全球頂尖水平相比，差距并不大，甚至是同一水平的。

之前華為設計的麒麟系列芯片，一直處于最頂尖的水平，7nm、5nm等沒有掉隊。后來三星推出3nm芯片時，其首批客戶也是中國大陸的。

說明中國在3nm芯片設計上，也不曾落后，一直處于頂尖水平，一旦中國解決了制造方面的問題，那就將無所畏懼了。

所以美國這次針對芯片設計也下手了，卡住2nm，讓我們在設計、制造這兩大關鍵環(huán)節(jié)上都受限，這樣美國才能掌握全球的芯片市場。