1 нм процесс ⇐ Васина Википедия

[wiki_en]

В производстве полупроводников «процесс 1 нм» представляет собой следующую важную веху в масштабировании МОП-транзисторов (металл-оксид-полупроводниковый полевой транзистор), пришедший на смену процессу 2 нм | технологическому узлу «2 нм». Он продолжает отраслевую тенденцию миниатюризации технологии интегральных схем (ИС), которая необходима для повышения производительности, увеличения плотности транзисторов и снижения энергопотребления.

Термин «1 нанометр» не имеет никакого отношения к каким-либо реальным физическим характеристикам (таким как длина затвора, шаг металла или шаг затвора) транзисторов. Согласно прогнозам, содержащимся в обновленной версии Международной дорожной карты для устройств и систем на 2021 год, опубликованной Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), ожидается, что «метка диапазона узлов 1 нм» будет иметь шаг контактного затвора 42 нанометра и наименьший шаг металла 16 нанометров. Ожидается, что первые 1-нм чипы будут выпущены в 2027 году
==История==
В 2008 году британские исследователи создали транзисторы толщиной в один атом и шириной в десять атомов. Они были вырезаны из графена, и некоторые предсказывали, что однажды они вытеснят кремний в качестве основы будущих вычислений. Графен — это материал, изготовленный из плоских листов углерода в сотовой форме, и он является ведущим претендентом. Команда из Манчестерского университета (Великобритания) использовала его для создания самых маленьких транзисторов за всю историю: устройств диаметром всего 1 нм, содержащих всего несколько углеродных колец.[http://www.newscientist.com/article /dn13730-atomthick-material-runs-rings-around-silicon.html Материал атомной толщины вращает кольца вокруг кремния]

В 2016 году исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли | Лаборатория Беркли создали транзистор с рабочим затвором размером 1 нанометр.
==Терминология и физические особенности==
Термин «1 нанометр» в этом контексте не соответствует каким-либо прямым физическим измерениям или характеристикам транзисторов, таким как длина затвора, шаг металла или шаг затвора. Вместо этого он служит маркетинговым обозначением или «маркировкой диапазона узлов», используемым для обозначения конкретного поколения полупроводниковой технологии.

Согласно Международной дорожной карте для устройств и систем на 2021 год (IRDS), опубликованной Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), ожидается, что узел «1 нм» будет иметь:

*'''Шаг контактных ворот:''' 42 нанометра
*'''Наименьший шаг металла:''' 16 нанометров
Эти значения подчеркивают продолжающееся расхождение между названиями технологических узлов и фактическими размерами описываемых ими транзисторов.

==Ожидаемые достижения==
Технологический узел 1 нм, скорее всего, будет опираться на передовые материалы и новые транзисторные архитектуры для преодоления физических и экономических проблем, связанных с постоянным масштабированием. Технологии, которые, как ожидается, станут частью этого поколения, включают:

*'''Полевые транзисторы Gate-All-Around (GAA):''' Усовершенствованная технология FinFET, обеспечивающая лучший электростатический контроль и масштабируемость.
*'''2D-материалы:''' Ультратонкие материалы, такие как графен или дихалькогениды переходных металлов, могут использоваться для слоев каналов для достижения более высоких характеристик при меньших размерах.
*'''Экстремальная ультрафиолетовая (EUV) литография:''' Дальнейшие достижения в EUV-литографии для создания более мелких и более точных рисунков на кремниевых пластинах.
*'''High-κ/металлический затвор (HKMG):''' Продолжение использования или усовершенствование стеков HKMG для повышения производительности транзисторов и минимизации утечек.
==Разработка и сроки==
Ожидается, что ведущие производители полупроводников, такие как TSMC, Samsung Electronics и Intel, станут пионерами этой технологии. Эти компании уже работают над решением проблем масштабирования, включая увеличение удельной мощности, рассеивание тепла и изменчивость при таких малых размерах.

==Проблемы и будущие последствия==
Переход на узел 1 нм представляет собой серьезные проблемы для полупроводниковой промышленности:

*'''Производственная сложность:''' Производство функций такого масштаба требует точного контроля и передовых методов литографии, что приводит к увеличению затрат.
*'''Материальные ограничения:''' Традиционный кремний может достичь своих фундаментальных пределов, что потребует исследования альтернативных материалов.
*'''Экономическая жизнеспособность:''' Растущая стоимость исследований, разработок и производства поднимает вопросы о доступности будущих узлов для широкого внедрения.
Несмотря на эти проблемы, ожидается, что 1-нм техпроцесс сыграет решающую роль в создании новых приложений, таких как передовые процессоры искусственного интеллекта, коммуникационные технологии 6G и устройства IoT следующего поколения. Это также проложит путь к дальнейшим инновациям в полупроводниковой промышленности, усиливая ее центральную роль в глобальном технологическом развитии.

==За пределами 1 нм==
По мере того как полупроводниковая технология приближается к технологическому узлу 1 нм, исследователи изучают инновационные материалы и структуры для продолжения миниатюризации устройств и повышения производительности. Заметным достижением в этой области является создание транзисторов с электродами затвора размером менее 1 нанометра.

===Демо-версии исследований и технологий===
В 2012 году был изготовлен одноатомный транзистор с использованием атома фосфора, связанного с поверхностью кремния (между двумя электродами значительно большего размера). Можно сказать, что этот транзистор представляет собой транзистор с длиной волны 180 пм (радиус Ван-дер-Ваальса атома фосфора); хотя его ковалентный радиус, связанный с кремнием, вероятно, меньше.
В 2018 году исследователи из Технологического института Карлсруэ создали транзистор с работающим одноатомным затвором. одиночный атом-в-твердом-электролите.php

В июле 2024 года группа под руководством директора Чо Мун-Хо из Центра квантовых твердых тел Ван-дер-Ваальса Института фундаментальных наук (IBS) в Корее добилась значительного прорыва. Они разработали метод эпитаксиального выращивания одномерных (1D) металлических материалов шириной менее 1 нм на кремниевых подложках. Этот процесс был использован для создания новой структуры двумерных (2D) полупроводниковых логических схем с использованием этих одномерных металлов в качестве электродов затвора. Последствия этого развития значительны. Международная дорожная карта для устройств и систем (IRDS) IEEE прогнозирует, что технология полупроводниковых узлов может достичь около 0,5 нм к 2037 году, а длина затвора транзистора составит примерно 12 нм. Однако исследовательская группа IBS продемонстрировала, что ширина канала, модулированная электрическим полем от 1D-затвора MTB, может составлять всего 3,9 нм, что превышает эти прогнозы.

Международная технологическая дорожная карта для узлов литографии полупроводников |*002

Подробнее: https://en.wikipedia.org/wiki/1_nm_process