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IBM 刚刚官宣研发2nm芯片不久，台积电再次发起了挑战！

台积电取得1nm以下制程重大突破，不断地挑战着物理极限。

近日，台大与台积电、美国麻省理工学院合作研究发现二维材料结合「半金属铋（Bi）」能达极低电阻，接近量子极限。

这项研究成果由台大电机系暨光电所教授吴志毅，与台湾积体电路和MIT研究团队共同完成，已在国际期刊Nature上发表，有助实现半导体1nm以下制程挑战。

沈品均、吴志毅、周昂升（从左至右）

半导体新材料「铋」：有望突破「摩尔定律」极限

?目前半导体主流制程进展到5nm和3nm节点。

晶片单位面积能容纳的电晶体数目，已将逼近半导体主流材料「硅」的物理极限，晶片效能也无法再逐年显著提升。

近年科学界积极寻找能取代硅的二维材料，挑战1nm以下的制程，却苦于无法解决二维材料高电阻及低电流等问题。

台大、台积电和MIT自2019年展开了长达1年半的跨国合作，终于找到了这把key。

?这个重大突破先由MIT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。

台积电技术研究部门则将「铋（Bi）沉积制程」进行优化，最后台大团队运用「氦离子束微影系统」将元件通道成功缩小至纳米尺寸，终于获得突破性的研究成果。

吴志毅教授说明，在使用「铋（Bi）」为「接触电极」的关键结构后，二维材料电晶体的效能，不但与「硅基半导体」相当，又有潜力与目前主流的硅基制程技术相容，有助于未来突破「摩尔定律」极限。

?研究成果能替下世代晶片，提供省电、高速等绝佳条件，未来可望投入人工智能、电动车、疾病预测等新兴科技应用。

台积电走向2nm！预计2024年实现量产

?几十年来，半导体行业进步的背后存在着一条金科玉律，即摩尔定律。

摩尔定律表明：每隔 18~24 个月，集成电路上可容纳的元器件数目便会增加一倍，芯片的性能也会随之翻一番。

?然而，在摩尔定律放缓甚至失效的今天，全球几大半导体公司依旧在拼命「厮杀」，希望率先拿下制造工艺布局的制高点。

台积电在先进制程方面可谓是一骑绝尘。

3nm领域，台积电一只独秀。

2020年，5nm量产。

2nm预计在2023至2024推出。

此前报道曾介绍了台积电近年来整个先进制程的布局：

?要知道，台积电、英特尔和三星并称半导体制造业「三巨头」。在芯片制程逐渐缩小的路上，三大巨头你追我赶。

?现在半路又杀出了IBM，上周竟宣布自己研发出了世界首个2nm芯片，相当于在指甲大小的芯片上容纳多达500亿个晶体管，速度更快并且更高效。

对与更先进的2nm制程，台积电早在2019年就宣布对此研发。

去年，在5nm量产不久后，台积电宣布2nm制程取得重大突破——切入环绕式栅极技术?(gate-all-around，简称 GAA) 技术。

有别于3nm与5nm采用鳍式场效晶体管（FinFET）架构。

FinFET 本身的尺寸已经缩小至极限后，无论是鳍片距离、短沟道效应、还是漏电和材料极限也使得晶体管制造变得岌岌可危，甚至物理结构都无法完成。

而全环绕栅(GAA)是FinFET技术的演进， 沟道由纳米线（nanowire）构成，其四面都被栅极围绕，从而再度增强栅极对沟道的控制能力，有效减少漏电。

台积电在2nm研发上切入全环栅场效应晶体管GAA，其竞争对手三星则早在2年前其揭露3nm技术工艺时，就宣布从FinFET转向GAA，并「大放厥词」：2030年要超过台积电，取得全球芯片代工龙头地位。

?这也算是为两家企业2-3nm制程的市场之战吹响了号角。

为了抢在台积电之前完成3nm的研发，三星的芯片制造工艺由5nm直接上升到3nm，4nm则直接跳过。

尽管台积电和三星在2nm-3nm市场你争我夺，但是英特尔却毫不在乎，依然坚持在14nm，10nm制程上的研发。

台积电，三星对最先进制程的追赶，正是想要在世界先进制程领域一决高下。

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