導讀：近日，美國《自然》雜志公布了由臺積電、臺灣大學與麻省理工學院共同研發的半導體新材料——鉍（Bi），有望成為突破摩爾定律1nm極限的新材料。

  

圖：《自然》網站刊載的文章

由上述三方研發的這項研究成果已在《Nature》期刊上發布，首度提出利用半金屬鉍（Bi）作為二維材料的接觸電極，可大幅降低電阻并提高電流，使其效能幾與硅一致，有助實現未來半導體1nm的制程。

而這項成果的發布，距離IBM秀出2nm芯片還不到半個月。

  

圖：量子隧穿效應示意圖

值得一提的是，半導體硅基材料芯片的制程工藝指標，在1997年之后就開始有些“變味兒”了：1999年奔騰III時期的250nm工藝，已經不再適用「晶體管gate長度」定義。

美國英特爾x86架構7nm芯片深陷“難產”大坑，但真正量產后有望“搏一下”臺積電的5nm制程；臺積電嘗試以“鉍”材料推進1nm技術，則在直面“量子隧穿效應”問題（業內俗稱“漏電”）！

據報道，此項技術融合了多方智慧的結晶。

  

圖：臺積電和臺灣大學團隊

據悉，MIT團隊首先發現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。

隨后臺積電技術研究部門將鉍（Bi）沉積制程進行優化，臺灣大學團隊并運用氦離子束微影系統將元件通道成功縮小至納米尺寸，最終這項研究成果獲得了突破性的進展。

  

圖：大部分半導體采用硅材料

目前，半導體主流制程主要采用硅作為主流材料。然而，隨著摩爾定律不斷延伸，芯片制程不斷縮小，芯片單位面積能容納的電晶體數目，也將逼近半導體主流材料硅的物理極限。

盡管科學界對二維材料寄予厚望，卻苦于無法解決二維材料高電阻、低電流等問題，以至于取代硅成為新興半導體材料始終是空中樓閣。可見，此次利用半金屬鉍（Bi）作為二維材料的接觸電極可謂是邁向1nm甚至更先進制程的關鍵一步。

  

圖：金屬鉍的結晶

對此，復旦大學教授周鵬認為，此項技術的突破，也給我國半導體的發展帶來了新的思路。

“這項新技術的突破，將解決二維半導體進入產業界的主要問題，是集成電路能在后摩爾時代繼續前進的重要技術。二維半導體已被國際主要前沿集成電路研發機構重金投入，不管是在工藝突破還是新器件結構及設計制造方面，我國在新一代集成電路關鍵技術上與國際機構形成競爭互補關系。”

接下來，鉍（Bi）將面臨能否取代硅的最關鍵一步——進行先進制程研發和制造的產業化，決定了臺積電在IBM、三星的挑戰下，能否繼續引領半導體制造。