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7nm处理器是半导体工艺的极限吗?

导读: 从芯片的制造来看,7nm就是硅材料芯片的物理极限,到了7nm节点即使是finfet也不足以在保证性能的同时抑制漏电,所以工业界用砷化铟镓取代了单晶硅沟道来提高器件性能。

  OFweek电子工程网讯:硅芯片工艺自问世以来,一直遵循摩尔定律迅速发展。但摩尔定律毕竟不是真正的物理定律,而更多是对现象的一种推测或解释,我们也不可能期望半导体工艺可以永远跟随着摩尔定律所说发展下去。从现在来看,10nm工艺是能够实现的,7nm也有了一定的技术支撑,而5nm则是现有半导体工艺的物理极限。

  所以,为了尽可能地延续摩尔定律,科研人员也在想尽办法,比如寻求硅的替代材料,以继续提高芯片的集成度和性能。

  10年前我们觉得65nm工艺是极限,因为到了65nm节点二氧化硅绝缘层漏电已经不可容忍。所以工业界搞出了HKMG,用high-k介质取代了二氧化硅,传统的多晶硅-二氧化硅-单晶硅结构变成了金属-highK-单晶硅结构。

  5年前我们觉得22nm工艺是极限,因为到了22nm沟道关断漏电已经不可容忍。所以工业界搞出了finfet和FD-SOI,前者用立体结构取代平面器件来加强栅极的控制能力,后者用氧化埋层来减小漏电。

  现在我们觉得7nm工艺是极限,因为到了7nm节点即使是finfet也不足以在保证性能的同时抑制漏电。所以工业界用砷化铟镓取代了单晶硅沟道来提高器件性能。

  当我们说工艺到了极限的时候,我们其实是在说在现有的结构、材料和设备下到了极限。然而每次遇到瓶颈的时候,工业界都会引入新的材料或结构来克服传统工艺的局限性。当然这里面的代价也是惊人的,每一代工艺的复杂性和成本都在上升,现在还能够支持最先进工艺制造的厂商已经不多了。有限的这几家都在努力中:Intel、台积电、三星和GlobalFoundries。

  7nm工艺是极限了吗?

  适用了20余年的摩尔定律近年逐渐有了失灵的迹象。从芯片的制造来看,7nm就是硅材料芯片的物理极限。

  在长达40多年的时间里,摩尔定律始终是IT界的铁律。然而进入21世纪以来,摩尔定律似乎出现了“放缓”的迹象。

  随着芯片技术的进一步发展,摩尔定律逐渐遇到物理法则的限制。业界普遍认为,7纳米是硅晶体管的一道坎,一旦过了这个节点,就会遇到问题。因为一旦硅晶体管的栅极小于7纳米,电子就可以在不同的晶体管之间流动,这种现象被称为量子穿隧效应(Quantum Tunneling),它意味着晶体管可能会在原本应该是关闭的状态下意外打开。

  但即使是7纳米以上的晶体管,也依然面临从理论向实际跨越的难题。

  7纳米制程节点将是半导体厂推进摩尔定律(Moore’s Law)的下一重要关卡。半导体进入7纳米节点后,前段与后段制程皆将面临更严峻的挑战,半导体厂已加紧研发新的元件设计架构,以及金属导线等材料,期兼顾尺寸、功耗及运算效能表现。

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责任编辑:Alvin
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