前不久，IBM 發(fā)表了 2nm 制程芯片，并表示是世界首創(chuàng)。作為行業(yè)老大的臺積電不甘示弱，日前，臺積電攜手臺灣大學、美國麻省理工學院（MIT），在 1nm 以下工藝取得突破性進展，相關研究在 Nature 期刊公開發(fā)表。

目前最先進的半導體工藝已達到 5nm，蘋果的 A14 Bionic、高通的驍龍 888 都采用這一工藝生產。而臺積電 3nm 預計在 2021 下半年年進入風險試產階段，2022 年下半年量產。

在這之前，芯片工藝已數(shù)次突破極限。曾經很長一段時間，7nm 被認為是基于硅芯片的物理極限，摩爾定律遭遇挑戰(zhàn)。一旦晶體管小于 7nm，它們在物理結構上會非常集中，以至于產生量子隧穿效應，漏電將變得非常嚴重。不過臺積電和三星還是各顯神通，用極紫外（EUV）工藝推進到 5nm FinFET。

隨著 3nm 工藝的臨近，人類再一次逼近硅基半導體的極限，此前臺積電有信心將工藝推進到 2nm 甚至 1nm。不過相關研究還是停留在紙面上，沒有任何實質性進展。如果不能解決相關技術難題，3nm 工藝很有可能是未來半導體芯片的極限了。

臺積電的這項研究發(fā)現(xiàn)：二維材料結合半金屬鉍能達到極低的電阻，接近量子極限，可以進一步縮小器件尺寸并擴展摩爾定律，有助于實現(xiàn)半導體 1nm 以下的艱巨挑戰(zhàn)。

目前硅基半導體主流制程，在工藝達到 3nm 厚，芯片單位面積能容納的晶體管，已逼近硅的物理極限，芯片效能已無法逐年提升。一直以來，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、及低電流等相關難題，以至于新興材料替代硅基材料，始終停留在理論階段。

此次由臺積電與臺大、麻省理工學院共同發(fā)表的研究成果，首先由麻省理工團隊發(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。隨后臺積電技術研究部門將鉍（Bi）沉積制程進行優(yōu)化，臺大團隊并運用氦離子束微影系統(tǒng)將元件通道成功縮小至 nm 尺寸，最終取得了這項突破性的研究成果。