2023年光刻技术前沿「17」：MIT朱佳迪开发了“0.3纳米”芯片吗？

2023年4月，麻省理工学院（MIT）的博士生朱佳迪的一篇论文被热议，很多网友称其“发明了0.3纳米芯片”，是一项颠覆性的成就。那么实际的情况如何呢？

我在前一篇文章里，讲到了“0.2纳米芯片构架”，我们来和朱佳迪同学的论文进行一个比较，就可窥一斑了。

首先，我们需要明确一个概念，“0.2纳米芯片”的本质是什么。

(资料图片仅供参考)

下图是以“2D半导体”为沟道材料构建的堆叠CFET结构“0.2纳米芯片结构”，我们说的“0.2纳米芯片结构”，是指它可以支持“0.2纳米逻辑节点”的摩尔定律缩放。

在上图的0.2纳米芯片构架中，PMOS和NMOS晶体管的2D半导体沟道分别用红色线和紫色线标注，它们有基本的物理参数：厚度大概0.7纳米，长度（Lg）小于10纳米。

这里需要说明的是，我们并不是以2D半导体的厚度来命名芯片节点，而是以2D半导体带来的沟道长度（Lg）的缩小带来的缩放尺寸来命名芯片节点。因此，我们可以从下图看到：

在0.2纳米芯片构架，采用2D半导体（右侧）取代硅（左侧）作为沟道材料，可以支持更窄的沟道长度Lg，从而继续延续摩尔定律。

下图是IMEC的逻辑芯片节点演绎图，目前规划到2036年的0.2纳米（图中显示的A2）逻辑节点的构架。而一旦到2036年，2D半导体成功取代CFET架构中的硅，A2节点之后会继续围绕2D半导体的沟道长度缩短进行缩放。

我们大概了解“0.2纳米芯片”的基本概念，那么MIT朱佳迪的工作到底是什么内容呢？

首先，我们看到文章标题明确的标明研究核心是单层硫化钼的低温合成，很显然它是一个材料合成技术的创新，它的主要内容是证明新的低温合成技术可以在8寸晶圆尺寸有效工作，并且展示出与硅芯片低温后端集成的可行性。因此，很显然，这项工作并非制造了“0.3纳米芯片”。

第二，既然是材料合成技术的创新，它可以产生创新的专利技术，比如朱佳迪的工作设计了MOCVD反应器的结构，可以成为半导体设备商的核心技术。

第三，朱佳迪同学的论文为了证明低温合成2D半导体的优势，所以在传统的硅芯片上进行了后端集成，其重点是证明该工艺的低温条件，即可以保证2D半导体晶体管正常工作，也可以保证集成的硅芯片不被高温损坏。

因此，朱佳迪同学的论文实际上并没有触及“0.2纳米芯片”的核心缩放问题，更谈不上“发明了0.3纳米芯片”。

当然，朱佳迪的材料合成技术的工作非常优秀，MIT官网也对朱佳迪的工作进行了长篇报道，大家可以看到，这篇报道的标题是：《麻省理工学院的工程师在计算机芯片上“生长”原子薄晶体管》，很显然概况了这项工作的主要突破。

南加州大学电气和计算机工程以及化学工程和材料科学副教授Han Wang对这项工作的评价是：“这项工作在单层二硫化钼材料的合成技术中取得了重要进展：8英寸晶圆规模的低温生长使2D半导体材料与硅CMOS技术的后端集成成为可能，并为其未来的电子应用铺平了道路。”

很多网友片面的把所谓单层原子厚“0.3纳米”，误以为是“0.3纳米芯片”，从而扭曲了对麻省理工学院这项重要工作的科学价值的认识。经过上述讨论，大家对朱佳迪同学的工作有更清楚的了解了吗？我们下次聊！

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