一臺(tái)微波爐，成2納米芯片制造關(guān)鍵

一個(gè)由科學(xué)家改裝的家用微波爐，正在幫助制造下一代手機(jī)、電腦和其他電子產(chǎn)品。這項(xiàng)發(fā)明被證明克服了半導(dǎo)體行業(yè)面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

相關(guān)研究結(jié)果以“Efficient and stable activation by microwave annealing of nanosheet silicon doped with phosphorus above its solubility limit”為題，發(fā)表在科學(xué)期刊《應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)》（Applied Physics Letters）上。康奈爾大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授 James Hwang 為該論文的通訊作者之一。

（來源：Applied Physics Letters）

隨著芯片尺寸變得越來越小，要想產(chǎn)生所需的電流，硅必須摻雜或混合更高濃度的磷。如今，半導(dǎo)體制造商正面臨著一個(gè)臨界極限，即使用傳統(tǒng)方法來加熱高摻雜材料已經(jīng)無法生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的半導(dǎo)體。

半導(dǎo)體制造商臺(tái)積電（TSMC）認(rèn)為，微波在理論上可以用來激活過量的摻雜劑。但是，就像家用微波爐有時(shí)會(huì)不均勻地加熱食物一樣，之前的微波退火裝置往往會(huì)產(chǎn)生“駐波”（standing waves），從而阻止摻雜劑的一致激活。

圖｜電子顯微鏡下的芯片（來源：維基百科）

為此，臺(tái)積電與 Hwang 合作，通過一個(gè)改進(jìn)的微波爐選擇性地控制駐波發(fā)生的位置，從而可以在不過度加熱或損壞硅晶體的前提下，恰到好處地激活摻雜劑。

對(duì)此，Hwang 表示：“這一發(fā)現(xiàn)可以用于制造 2025 年前后生產(chǎn)的半導(dǎo)體材料和電子產(chǎn)品。”

甚至，Hwang 還說道：“目前，只有少數(shù)企業(yè)在生產(chǎn) 3 納米的半導(dǎo)體材料。這種新的微波方法有可能使臺(tái)積電（TSMC）和三星（Samsung）等芯片制造商將尺寸縮小到 2 納米?！?/p>

圖｜在改裝微波爐旁邊的 James Hwang（右）。

據(jù)介紹，這一突破可能會(huì)改變芯片中使用的晶體管的幾何形狀。

20 多年來，為了保證每個(gè)芯片上能裝載更多的晶體管，晶體管被制作成像背鰭一樣直立。

近年來，芯片制造商開始試驗(yàn)一種新的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)下，晶體管可以呈水平堆疊狀。而微波退火使更多摻雜的材料成為可能，這是實(shí)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。

參考資料：

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0099083