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摩尔定律说硅基芯片的物理极限是7nm，为什么台积电还能做出5nm的芯片？

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发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

摩尔定律说硅基芯片的物理极限是7nm，为什么台积电还能做出5nm的芯片？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

摩尔定律指的是在价格不变的情况下，芯片上可容纳晶体管数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。

从当前芯片制造来看，要实现摩尔定律，芯片制造工艺必须不断提升。工艺节点从90nm、65nm、40nm、28nm、16nm到现在的7nm，芯片厂家不遗余力地减小晶体管栅极宽度来达到工艺的升级，但到了7nm之后，晶体管的漏电问题越来越严重，单纯靠减少晶体管栅极宽度的方法已经无法提升芯片制造工艺。

这个时候各厂家各显神通，采用不同的方法解决漏电问题。intel的高介电薄膜、SOI、鳍式场效电晶体技术等等技术应运而生。不过难度越来越大，各大厂家受阻严重，GlobalFoundaries放弃7nn研发，intel的10nm一推再推，目前7nm量产顺利的主要就是台积电和三星了。

台积电的5nm预计明年Q1量产，华为的最新麒麟990预计将采用5nm工艺。而最新的新闻，台积电的3台积电的5nm预计明年Q1量产，华为的最新麒麟990预计将采用5nm工艺。而最新的新闻，台积电的3nm工艺已经启动，预计2022年量产，后面的工艺进步越来越难，需要新的技术上的突破。





回答于 2019-09-11 08:43:50

纯硅基芯片的物理极限的确是7nm,低于7nm硅原子就会出现电子漂移，但人们通过研究在硅基上参入金属离子，在源极和漏极埋下一层强电介质膜来解决了漏电问题。

回答于 2019-09-11 08:43:50

芯片上集成了太多太多的晶体管，晶体管的栅极控制着电流能不能从源极流向漏极，晶体管的源极和漏极之间基于硅元素连接。随着晶体管的尺寸逐步缩小，源极和漏极之间的沟道也会随之缩短，当沟道缩短到一定程度时，量子隧穿效应就会变得更加容易。晶体管便失去了开关的作用，逻辑电路也就不复存在了。

据业内人士分析，“台积电的3nm制程，很可能才是在摩尔定律下最后的工艺节点，并且台积电的3nm工艺会是关键的转折点，以衔接1nm工艺及1nm之下的次纳米新材料工艺”。




台积电的创始人兼董事长张忠谋也表示，摩尔定律在半导体行业中起码还可存续10年，这其中就包括5nm工艺、3nm工艺，而台积电会不会研发，以及能否研发出2nm工艺，则需要再等几年才能确定。




最后要说的是，即便硅基芯片终有一天非常非常地接近物理极限，人们还可以寻找到其他如采用新材料等技术路径来驱动计算性能持续提升。

在半导体行业，所谓工艺极限是特定而相对的，特定指的是7nm极限是在半导体FinFET工艺下的物理极限；而相对的意思是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。




10年前我们遇到了65nm的工艺极限，工业界引入了HKMG，用High-K介质取代了二氧化硅。




5年前我们遇到了22nm的工艺极限，工业界发明了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7nm是新的工艺极限，工业界使用了砷化铟镓取代了单晶硅沟道来提高器件性能。

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只剩下Intel、台积电、三星和GlobalFoundries了。

至于7nm以下，就要依赖极紫外(EUV)光刻机了。

回答于 2019-09-11 08:43:50

感谢您的阅读！

【别把摩尔定律神化，未来的台积电还能有0.1nm的工艺制程】

摩尔定律是什么？当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。它只是一种商业观测或推测，并非是物理定律！它只是一种预测数据，这种数据的准确性随时在接受打破！

那么，台积电5nm工艺是什么？实际上，台积电5nm技术是在7nm基础上微缩的全节点工艺，因为使用了极紫外（EUV）光刻技术，并且在总掩模数量上，进行缩量，这就让5nm比以前的7nm节点少几个掩模。

并且，根据推测，5nm一方面功耗更低，比如相同速度下的功耗降低了30％。


其实，不仅仅是5nm，台积电还在不断的加大对于3nm的研究，它将用150亿美元用于投资3nm工艺制程。

据说，3nm工艺（N3）的晶体管密度将提升约70%，速度提升10%到15%，芯片的性能提升25%到30%，3nm工艺可能让台积电的技术更上一层楼。


而且，有消息称，台积电在2050年能够实现0.1nm的氢原子尺度。


当然，所谓的摩尔定律实际上就是一种预测，你现在来看也能知道它的定律一直在被打破，因此更加证明它只是一种一定时间内的猜测而已。代工企业为了能够提升性能，只会打破这种所谓的束缚，台积电如是！国内的代工企业也应该有这份努力，打破束缚。

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