日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所 (AIST)與東京都立大學(xué)聯(lián)合宣布，已經(jīng)成功在二硫化鉬 (MoS2) 上形成了層狀材料三碲化二銻 (Sb2Te3)，并 制造的 n 型 MoS2晶體管具有足夠的耐熱性以承受半導(dǎo)體制造過程。

一種稱為過渡金屬二硫化物（TMDC）的材料具有二維晶體結(jié)構(gòu)，作為下一代晶體管溝道的半導(dǎo)體材料受到關(guān)注，因為它即使在 1 納米或更小的原子層區(qū)域也能保持高導(dǎo)電性。然而，公共金屬電極與MoS2界面之間的高接觸電阻阻礙了晶體管性能的提升。

AIST正在參與日本科學(xué)技術(shù)廳的戰(zhàn)略基礎(chǔ)研究促進計劃（CREST）“原子層異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件的演示和3D集成LSI的原子層沉積工藝的開發(fā)（2017-2021財年）：Metropolitan I一直在研究與大學(xué)的聯(lián)合項目中的高性能 TMDC 晶體管。

這一次，研究小組使用 MoS2制造了晶體管，并專注于將Sb2Te3作為其接觸材料。Sb2Te3有很多原子層，原子層通過稱為范德華力的弱鍵結(jié)合在一起。它還表現(xiàn)出類似于半金屬的特性（帶隙為 0.2 至 0.3 eV），并且具有約 620°C 的高熔點。

這些特征表明在Sb2Te3和MoS2之間可能形成范德華界面以抑制費米能級釘扎(FLP)現(xiàn)象。因此，確定通過使用Sb2Te3，可以同時實現(xiàn)高耐熱性和低接觸電阻。

因此，這一次，使用濺射法在單層MoS2上形成Sb2Te3膜。然后，通過透射電子顯微鏡(TEM)確認在Sb2Te3/MoS2接觸界面處形成了范德華界面。

還研究了Sb2Te3/MoS2層壓膜結(jié)構(gòu)的耐熱性。拉曼光譜分析證實，MoS2單層結(jié)構(gòu)在熱處理前后均保持不變。還證實，即使在 450°C 的熱處理后，Sb2Te3/MoS2層壓膜結(jié)構(gòu)也保持良好的結(jié)晶度和范德華界面。

該研究小組還研究了Sb2Te3/MoS2范德瓦爾斯界面形成對晶體管特性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，具有Sb2Te3電極的晶體管的驅(qū)動電流比使用Sb、Ni、W等作為接觸材料時高4至30倍。事實上，當(dāng)測量MoS2晶體管的接觸電阻時，使用Sb2Te3電極的晶體管的接觸電阻值比使用Sb電極的晶體管低約一個數(shù)量級。

未來，課題組將致力于p型TMDC晶體管的低接觸電阻技術(shù)開發(fā)，旨在通過串聯(lián)n型和p型TMDC晶體管來制造CMOS。

臺積電將帶來全球第一個2D納米片晶體管

臺積電工程師與臺灣兩所大學(xué)合作，將在今年的國際電子器件會議 (IEDM) 上報告世界上第一個由二維半導(dǎo)體材料制成的納米片柵環(huán)晶體管。

硅納米片晶體管或又名納米帶提供改進的靜電控制和相對較高的驅(qū)動電流，并在 3nm 制造工藝中實施。

根據(jù)即將推出的 IEDM 計劃的亮點，臺積電已經(jīng)展示了在納米片晶體管中使用過渡金屬二硫?qū)倩飭螌幼鳛榘雽?dǎo)體通道的可能性。在這種情況下，它是二硫化鉬。

與硅和自旋軌道耦合相比，這種二維材料可以具有增強的電子遷移率，從而產(chǎn)生自旋電子計算的可能性。

柵極寬度為 40nm 的晶體管在 1V 的 Vds 下產(chǎn)生每微米 410 微安的驅(qū)動電流。期望通過堆疊設(shè)備來增加驅(qū)動電流。

臺積電領(lǐng)導(dǎo)的團隊將報告制造此類晶體管的集成流程，但優(yōu)化性能仍有待完成。

TSMC 論文#34.5首次展示 GAA 單層 MoS2 納米片 nFET……是第 68 屆年度 IEDM 的亮點之一。

在論文 #7.4 中，在 EOT 為 1 nm 的單層 MoS2 頂柵 nFET 中接近理想的亞閾值擺動中，臺積電領(lǐng)導(dǎo)的團隊描述了鉿基電介質(zhì)與 MoS2 的集成，以構(gòu)建頂柵 nFET 創(chuàng)建可堆疊系統(tǒng). 亞閾值電壓擺幅小于70mV/dec。這表明當(dāng)晶體管關(guān)閉時泄漏電流較低。

1納米以下制程重大突破！臺積電官宣「鉍」密武器

IBM 剛剛官宣研發(fā)2nm芯片不久，臺積電再次發(fā)起了挑戰(zhàn)！?臺積電取得1nm以下制程重大突破，不斷地挑戰(zhàn)著物理極限。?近日，臺大與臺積電、美國麻省理工學(xué)院合作研究發(fā)現(xiàn)二維材料結(jié)合「半金屬鉍（Bi）」能達極低電阻，接近量子極限。?這項研究成果由臺大電機系暨光電所教授吳志毅，與臺灣積體電路和MIT研究團隊共同完成，已在國際期刊Nature上發(fā)表，有助實現(xiàn)半導(dǎo)體1nm以下制程挑戰(zhàn)。?

半導(dǎo)體新材料「鉍」：有望突破「摩爾定律」極限

目前半導(dǎo)體主流制程進展到5nm和3nm節(jié)點。?晶片單位面積能容納的電晶體數(shù)目，已將逼近半導(dǎo)體主流材料「硅」的物理極限，晶片效能也無法再逐年顯著提升。?近年科學(xué)界積極尋找能取代硅的二維材料，挑戰(zhàn)1nm以下的制程，卻苦于無法解決二維材料高電阻及低電流等問題。?臺大、臺積電和MIT自2019年展開了長達1年半的跨國合作，終于找到了這把key。?

這個重大突破先由MIT團隊發(fā)現(xiàn)在「二維材料」上搭配「半金屬鉍（Bi）」的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。?臺積電技術(shù)研究部門則將「鉍（Bi）沉積制程」進行優(yōu)化，最后臺大團隊運用「氦離子束微影系統(tǒng)」將元件通道成功縮小至納米尺寸，終于獲得突破性的研究成果。?吳志毅教授說明，在使用「鉍（Bi）」為「接觸電極」的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)后，二維材料電晶體的效能，不但與「硅基半導(dǎo)體」相當(dāng)，又有潛力與目前主流的硅基制程技術(shù)相容，有助于未來突破「摩爾定律」極限。?

研究成果能替下世代晶片，提供省電、高速等絕佳條件，未來可望投入人工智能、電動車、疾病預(yù)測等新興科技應(yīng)用。?

臺積電走向2nm！預(yù)計2024年實現(xiàn)量產(chǎn)

幾十年來，半導(dǎo)體行業(yè)進步的背后存在著一條金科玉律，即摩爾定律。?摩爾定律表明：每隔 18~24 個月，集成電路上可容納的元器件數(shù)目便會增加一倍，芯片的性能也會隨之翻一番。?

然而，在摩爾定律放緩甚至失效的今天，全球幾大半導(dǎo)體公司依舊在拼命「廝殺」，希望率先拿下制造工藝布局的制高點。?臺積電在先進制程方面可謂是一騎絕塵。3nm領(lǐng)域，臺積電一只獨秀。2020年，5nm量產(chǎn)。2nm預(yù)計在2023至2024推出。?此前報道曾介紹了臺積電近年來整個先進制程的布局：?

要知道，臺積電、英特爾和三星并稱半導(dǎo)體制造業(yè)「三巨頭」。在芯片制程逐漸縮小的路上，三大巨頭你追我趕。?

現(xiàn)在半路又殺出了IBM，上周竟宣布自己研發(fā)出了世界首個2nm芯片，相當(dāng)于在指甲大小的芯片上容納多達500億個晶體管，速度更快并且更高效。?

對與更先進的2nm制程，臺積電早在2019年就宣布對此研發(fā)。?去年，在5nm量產(chǎn)不久后，臺積電宣布2nm制程取得重大突破——切入環(huán)繞式柵極技術(shù)?(gate-all-around，簡稱 GAA) 技術(shù)。?有別于3nm與5nm采用鰭式場效晶體管（FinFET）架構(gòu)。FinFET 本身的尺寸已經(jīng)縮小至極限后，無論是鰭片距離、短溝道效應(yīng)、還是漏電和材料極限也使得晶體管制造變得岌岌可危，甚至物理結(jié)構(gòu)都無法完成。?

而全環(huán)繞柵(GAA)是FinFET技術(shù)的演進， 溝道由納米線（nanowire）構(gòu)成，其四面都被柵極圍繞，從而再度增強柵極對溝道的控制能力，有效減少漏電。?臺積電在2nm研發(fā)上切入全環(huán)柵場效應(yīng)晶體管GAA，其競爭對手三星則早在2年前其揭露3nm技術(shù)工藝時，就宣布從FinFET轉(zhuǎn)向GAA，并「大放厥詞」：2030年要超過臺積電，取得全球芯片代工龍頭地位。?

這也算是為兩家企業(yè)2-3nm制程的市場之戰(zhàn)吹響了號角。?為了搶在臺積電之前完成3nm的研發(fā)，三星的芯片制造工藝由5nm直接上升到3nm，4nm則直接跳過。?盡管臺積電和三星在2nm-3nm市場你爭我奪，但是英特爾卻毫不在乎，依然堅持在14nm，10nm制程上的研發(fā)。?臺積電，三星對最先進制程的追趕，正是想要在世界先進制程領(lǐng)域一決高下。

臺積電加入美半導(dǎo)體聯(lián)盟

與此同時，出于利益考慮，全球晶圓代工第一大廠、島內(nèi)企業(yè)臺積電還積極尋求在美建廠，努力之一就是加入了剛剛成立的「美國半導(dǎo)體聯(lián)盟」。?本周二，由美國科技公司主導(dǎo)的游說團體「美國半導(dǎo)體聯(lián)盟」（Semiconductors in American Coalition，SIAC）成立。?

SIAC成員目前包括蘋果、谷歌、微軟和英特爾，除了這些美國主導(dǎo)科技企業(yè)外，還包括三星、海力士，還有***巨頭ASML，更有島內(nèi)晶圓代工大廠臺積電和聯(lián)發(fā)科。?對于加入SIAC的消息，臺積電沒有做出具體回應(yīng)。?

SAIC官網(wǎng)「成員」頁可以看到臺積電在列?這些成員任何一家的限制都會給我們的發(fā)展帶來阻擋。?專家解讀，可能讓中國更難達成不依賴美國技術(shù)、半導(dǎo)體自給自足的目標。SIAC的當(dāng)務(wù)之急是敦促美國政府提供「補助」。

一個由美國兩黨參議員組成的小組在周五公布了一項「520億美元」的提案，以在5年內(nèi)大幅提高美國半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)和研究水平。?美參議員Mark Kelly等人一直在討論一項折中的方案，以「應(yīng)對中國半導(dǎo)體產(chǎn)量的上升，以及芯片短缺對汽車制造和其他美國產(chǎn)業(yè)的影響」。這項提案預(yù)計將被納入?yún)⒆h院下周討論的關(guān)于資助美國基礎(chǔ)和先進技術(shù)研究的法案中。?除了這項520億美元的提案，據(jù)美國《國會山報》報道，當(dāng)?shù)貢r間5月12日，美國參議院商務(wù)、科學(xué)和運輸委員會以24：4的結(jié)果投票通過「無盡前沿」法案，授權(quán)在五年內(nèi)撥款「1100億美元」用于科技研究。?

「無盡前沿」法案將授權(quán)五年內(nèi)將其中1000億美元投資基礎(chǔ)和先進科技研究、商業(yè)化、教育和培訓(xùn)項目，其中包括人工智能、半導(dǎo)體、量子計算、先進通信、生物技術(shù)和先進能源。?此外，法案還包括再撥款「100億美元」，設(shè)立至少十個區(qū)域技術(shù)中心，并創(chuàng)建一個供應(yīng)鏈危機應(yīng)對計劃，來解決殃及汽車生產(chǎn)的「半導(dǎo)體芯片缺口」等問題。Hinrich基金會研究員、新加坡國立大學(xué)講師亞歷克斯·卡普里指出，因為美國正大力將半導(dǎo)體價值鏈與技術(shù)轉(zhuǎn)移回美國，并設(shè)下保護網(wǎng)，這讓「中國大陸提升芯片產(chǎn)業(yè)的努力，將更具挑戰(zhàn)性」。?卡普里認為，臺積電大幅度增加對美投資，并參與在美國建立領(lǐng)先的5納米甚至3納米芯片制造工廠，可能會給中國大陸帶來壓力，因為臺積電顯然不會在大陸蓋這類工廠。?臺積電上月證實曾投資29億美元擴大在南京的工廠，但該工廠的技術(shù)是28nm制程，比臺積電在美國亞利桑那州晶圓廠所使用的技術(shù)還要落后兩至三代。?

Intralink電子和嵌入軟件部門主管蘭道爾說，臺積電與其他加入SIAC的公司一樣，是出于自身利益的考量，有機會瓜分美國政府的500億美元資金。?同時，他表示，中國沒有類似集結(jié)全球各地公司的組織，而且組隊結(jié)盟有助美國與其盟友「長期保有領(lǐng)先中國的優(yōu)勢地位?！?

編輯：黃飛

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