三星与IBM突破1奈米限制 台积电早准备好迎战

IBM今年5月发表采取环绕闸极电晶体（GAA）技术的2奈米制程芯片，外界就预期IBM有机会与合作伙伴三星电子合作，双方如今共同发表“垂直传输场效应电晶体”(VTFET)，让电晶体密度、能源效率再度大幅度提升，并突破1奈米以下制程限制。

IBM的2奈米制程GAA技术芯片，比起当前最先进的7奈米、5奈米制程芯片，2奈米制程电晶体密度更高、增加 45% 效能、能源效率提升达75%，号称在150mm?的面积中塞入500亿个电晶体，平均每平方公厘是3.3亿个。台积电董事长刘德音也曾指出，台积电2奈米制程将转向采用GAA架构，提供比FinFET架构更多的静电控制，改善芯片整体功耗。

台积电也在5月宣布，与台湾大学、美国麻省理工学院（MIT）携手，发现二维材料结合半金属铋（Bi）能达到极低的电阻，接近量子极限，有助于实现半导体1奈米以下的艰钜挑战。

研究指出，过去半导体使用三维材料，物理特性与元件结构发展到3奈米制程节点，这次研究改用二维材料，厚度可小于1 奈米（1~3层原子厚），更逼近固态半导体材料厚度的极限。而半金属铋的材料特性，能消除与二维半导体接面的能量障碍，且半金属铋沉积时，也不会破坏二维材料的原子结构，台大团队运用下一世代的微影技术，透过氦离子束微影系统（Helium-ion beam lithography）将元件缩小至奈米尺寸，获得突破性的成果。

至于这次IBM与三星于IEDM 2021国际电子元件会议共同发表的VTFET技术，相较于过去将电晶体以水平放置，VTFET将能增加电晶体数量堆迭密度，让运算速度提高2倍，电力损耗降低85%，IBM与三星指出，未来该技术将让手机1次充电续航力高达1周，使得某些耗能密集型任务获得更节能的表现，同时减少对环境的影响。至于VTFET将何时开始导入哪些产品应用，目前没有进一步透露，但市场认为短时间内将有进一步消息。

英特尔也在今年宣布最新制程蓝图进程上，除了针对为Intel 7、Intel 4、Intel 3正名之外，也透露Intel 20A、Intel 18A 等，等同进入埃米等级制程，让摩尔定律在3大先进制程晶圆代工竞争下能够持续。