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美科学家发明“自组装”技术 预言7纳米级芯片

2017年03月30日 13:25 来源于 财新网
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这项技术有望进一步推进有着50年历史的“摩尔定律”,从而继续压缩计算设备的成本
2014年6月,展讯公司科技人员展示采用28纳米工艺研发的智能手机芯片。

  【财新网】(实习记者 权梓晴 记者 苑苏文)随着时间推移,计算机芯片制作技术能否持续发展,令成本无限压缩?

  上世纪六十年代,英特尔联合创始人戈登·摩尔对此做出了肯定的预言,被称作“摩尔定律”:当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

  这一定律的言外之意是,芯片上的半导体将会随着时代发展,而无限缩小,这在理论上看似并不可行,科学家一直在探索,半导体的最小的极限是多少?摩尔定律将会何时崩溃?

  2012年,半导体工艺迈向了14纳米(nm)节点,一度被认为是集成电路发展的“瓶颈”。美国物理学家加来道雄称该,摩尔定律将在10年内崩溃。

  然而本周发表在《Nature Nanotechnology》一篇论文宣布,美国麻省理工学院(MIT)和芝加哥大学的研究人员开发了一种“定向自组装技术”,有望让电脑芯片中技术达到7纳米级。

  这项技术有望进一步推进有着50年历史的“摩尔定律”,从而继续压缩计算设备的成本。

  定向自组装(Directed Self-Assembly),是一种在近年来被科学领域公认具有巨大发展潜力的技术。它运用材料内部的自然机制来产生有序的结构,例如在高分子材料中形成条纹状结构,可透过改变化学成份,来进行调整,使其实现纳米级功能。

  定向自组装技术使用名为嵌段共聚物(Block Copolymer)的化合物溶液,把自己组装成常规形状。这是一种由化学结构不同链段交替聚合而成的线型共聚物,它可以“择善而从”,结合多种聚合物的优越性能,从而得到整体多方面性能都比较优越的聚合物材料。

  这种聚合物分子量可控、分子量分布较窄、分子结构与组成可设计,是高分子研究领域中最富有意义且具有挑战性的研究工作之一。

  此技术将通过化学气相沉积法(CVD)来实现。化学气相沉积法是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术,其原理在于,让两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,使其相互之间发生化学反应,形成一种新的材料,以外层薄膜的形式沉积到晶片表面上。

  据了解,目前普遍制造芯片采用的方法为光刻技术。但随着半导体技术的发展,光刻技术传递图形的尺寸限度以从毫米级发展到了亚微米级。但现在采用的光波长已很难进一步缩小,此种方法所能达到的加工精度也随之来到了极限,采用的晶体管几乎不能进一步缩小。

  而最新技术——“定向自组装”,在实验中已经成功地制造出间隙为9.3nm的光栅,科学家预言,将来这个数字会缩小到7nm。

  论文的作者之一,MIT化学工程系教授卡伦·格里森接受媒体采访时表示,这种自组装技术需要向现有的芯片生产技术中增加一个步骤。但新技术很容易融入现有生产技术,无需增加太多复杂性

  论文指出,新技术有两个明显的优点。其一,这种技术原理简单、操作简便;其二,它易与现有的图形转移技术结合,“站在巨人的肩膀上”实现定向自组装。

责任编辑:于达维 | 版面编辑:陈华懿子
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