第87集_3D晶体管的发明 - 独江揽月&天下书盟精品图书

[00:00.0]本字幕由天琴实验室独家AI技术生成
[00:00.93]大家好
[00:01.92]我是独江揽月
[00:04.14]欢迎大家继续收听芯片战争
[00:08.63]第87 集
[00:11.29]自2011年以来
[00:13.57]全球内存的季度出货数量基本都保持在40 亿个
[00:18.76]内存三巨头升值内存一旦供给过剩就会价格暴跌的道理
[00:25.21]因此在关注其他厂家量产的同时
[00:28.33]调整自身的生产
[00:30.22]很有默契的维持市场总供应量
[00:32.86]保持稳定
[00:34.51]市场的瓶颈在2019年第三季度被打破了
[00:39.28]美光率先扩大生产
[00:41.56]美光的增产带来连锁反应
[00:44.14]三星电子和SK 海力士也都开始扩产
[00:48.29]该季度全球内存供应量暴增至48 亿个
[00:52.88]此后一直居高不下
[00:55.64]到2020年第三季度
[00:58.01]美光内存市场份额与SK 海力士的差距缩小到仅三个百分点
[01:04.71]产量一增加
[01:06.24]价格自然就下来了
[01:08.58]三大巨头通过增产来打压内存的价格
[01:12.39]意图让中国大陆厂家入市及亏损
[01:16.229996]消磨中国大陆厂家的竞争意志
[01:19.83]这也是半导体行业残酷性的表现
[01:23.57]领跑厂家往往采用激进的折旧政策
[01:26.99]在较短的折旧期内高价销售
[01:30.020004]获取超额利润和充沛的现金流来支持高额资本开支
[01:35.72]设备折旧完了就打价格战
[01:38.54]阻击追赶者
[01:39.92]以维持领先优势
[01:41.95]所以正如赵伟国所说的
[01:44.619995]在集成电路这个领域
[01:46.509995]只有前三才能生存
[01:49.45]它并不像其他产业
[01:51.34]你吃不到肉
[01:52.54]可以吃点青菜
[01:54.19]这个行业或者吃肉或者挨饿
[01:57.64]没有青菜
[01:59.869995]一直以来
[02:00.98]美光都是和三星电子一样
[02:03.62]以两年一代的节奏进行先进制成内存的量产
[02:08.61]2019年以后
[02:10.29]美光将新品研发的进度改为了一年一代
[02:14.88]明显提速了
[02:16.85]美光不仅要在销量上超过SK 海力士
[02:20.84]在技术上也想要领跑
[02:23.70999]对于美光来说
[02:25.0]已经进入生死时速的状态
[02:28.6]对于中国大陆的内存厂家来说
[02:31.57]在内存工艺制成的竞争上
[02:33.91]既有坏消息
[02:35.29001]也有好消息
[02:37.45]坏消息是是内存的工艺制成即将突破十纳米到五纳米
[02:43.09]就必须用极紫外线光刻机才能够生产
[02:47.05]内存市场的竞争没有手机处理器市场的竞争激烈
[02:51.82]工艺制成的发展也相对要慢一些
[02:55.45]业界将内存在20 纳米以后的制成按照EX 1 Y 1 Z 1 阿尔法以贝塔以伽玛的方式命名
[03:05.85]ex 在16 纳米至19 纳米EY 在14 纳米至16 纳米EZ 在12 纳米至14 纳米
[03:17.19]2019年各内存厂的技术进入EZ 纳米阶段
[03:22.44]预计2021年将推出一阿尔法纳米制成的内存
[03:27.84]再过几年越过伊噶尔玛后
[03:30.75]就得用到极紫外线光刻机
[03:33.9]而中国大陆的内存场解释
[03:36.57]能否拿到极紫外线光刻机还是未知数
[03:41.68]好消息是
[03:43.0]内存十纳米以下工艺制成技术的发展困难重重
[03:48.04001]最终能走到哪里还不能确定
[03:51.1]三星电子和SK 海力士已提前导入极紫外线光刻机进行试产
[03:57.82]但美光至今都尚未导入极紫外线光刻机
[04:01.9]美光的策略是优先考虑将成本做到全球最低
[04:06.94]它一方面用现有的成熟的多重图形曝光技术
[04:11.62]将内存的工艺制成继续推进到伊格尔玛纳米阶段
[04:16.6]另一方面
[04:17.56]也很可能在观望摩尔定律能否继续有效
[04:22.18]如果摩尔定律真的失效
[04:24.43]那对技术相对落后、一路辛苦追赶的中国大陆内存厂无疑是件好事
[04:32.44]2003年
[04:34.03]从英特尔传出了一个让人不安的消息
[04:38.11]芯片制造商在缩小晶体管的技术上将遇到重大瓶颈
[04:43.75]如果晶体管不能做得更小
[04:46.15]摩尔定律就得走向尽头
[04:49.21]尽管不时就有研究人员嚷嚷说摩尔定律就要不行了
[04:54.25]但英特尔是摩尔定律最坚定的守护者
[04:58.27]因此
[04:59.02]由他来提出这样的宣告是相当罕见的
[05:04.12]芯片是由无数微小的电子元器件构成的
[05:07.81]其中最主要的是晶体管
[05:10.96]一个晶体管其实就是一个控制开关
[05:14.56]它要是能够发生作用
[05:16.33]要处理的最基本问题可以总结为差别与控制
[05:21.76]差别指零和一
[05:23.89]控制指如何实现零和一
[05:27.46]目前晶体管中应用最主流的是场效应晶体管
[05:32.99]场效应晶体管是用电场效应控制电流大小的单极型半导体器件
[05:39.26]具有输入阻抗高、噪声低热稳定性好、制造工艺简单等特点
[05:46.43]在萧克利发明的双极型晶体管统制半导体产业30年之后
[05:52.07]以cmos 工艺制成的厂效应晶体管成为市场的主流
[05:57.39]场效应晶体管适用于大多数逻辑芯片
[06:01.26]在模拟芯片上的应用也很广泛
[06:04.87]场效应晶体管有四个组成部分
[06:08.02]原极电子的源头
[06:10.78]漏极电子的去处
[06:13.66]原极与漏极之间的传导电子的沟道
[06:17.77]山极专门用来控制沟道内的电流
[06:22.12]当电流从原极流向漏极时
[06:24.85]晶体管就将它读作为一
[06:27.7]当电流不流动时
[06:29.41]就读作零
[06:31.39]数以百万计的电流活动就形成了计算或存储的功能
[06:36.88]因此
[06:37.75]若要让这些活动产生可靠的结果
[06:40.96]一定要能严格掌控好山脊与沟道
[06:45.28]确保电子不会乱跑
[06:47.95]山脊与沟道并不直接连通
[06:50.8]中间隔了一层薄薄的绝缘体
[06:53.98]最早的绝缘层就是将硅氧化后形成的二氧化硅
[06:59.16998]天然就具有这么一个性能超级好的绝缘层
[07:03.28]对于半导体工业来说是一件幸事
[07:07.0]有人曾经感慨说
[07:08.94]上帝都在帮助人类发明芯片
[07:11.74]首先给了那么多的沙子
[07:13.84]然后又给了一个完美的自然绝缘层
[07:17.37]所以直到今天
[07:19.53]硅之所以仍然是很难被取代的半导体原料
[07:23.55]一个重要的原因就是硅的综合性能太完美了
[07:28.38]但在芯片发展到45 纳米节点以下时
[07:32.4]山脊与沟道之间的绝缘层变得太薄
[07:36.36]仅有一点几纳米
[07:38.55]做不到完全绝缘
[07:40.41]会有轻微的漏电
[07:42.24]也就是量子力学上所说的隧道效应
[07:46.95]解决办法是使用高介电常数金属山脊
[07:53.79]HKMGHK 就是用性能更好的材料换掉原来的氧化物绝缘层
[07:59.4]减少漏电
[08:01.37]当达到28 纳米节点以下时新的问题又出现了
[08:06.93]对于晶体管来说
[08:08.64]钩到长度是重要性仅次于功耗的重要参数
[08:13.38]钩到长度越短
[08:15.09]电子从原极跑到漏极所需的时间就越少
[08:19.52]而且晶体管的体积也可以随之减小
[08:23.79]整个电路的集成度就越高
[08:26.64]电子器件的工作速度或频率就得以提高
[08:31.17]但沟道长度减少又会引发一个新问题
[08:35.4]山脊控制沟道通电的能力下降了
[08:38.73]所以沟道长度的物理极限又受到圆极与漏极之间距离的制约
[08:45.37]蓬极在关闭状态时
[08:47.83]其实是做不到将电子百分百阻隔的
[08:51.19]在晶体管尺寸较大的时候
[08:53.47]这些漏电是可以容忍的
[08:55.99]可是当线宽小于28 纳米时
[08:58.78]由于原极和漏极变得非常接近
[09:01.69]隧道效应又会发生
[09:03.76]电子将会不受控制地自行穿越勾道出现严重的漏电现象
[09:10.28]晶体管将不能够正常的发挥作用
[09:14.02]不管山脊用什么材质
[09:16.18]都不能避免这样的现象发生
[09:19.06]英特尔的技术战略部总监保罗加吉尼在以小路碰上瀑布来比喻这个现象
[09:26.71]如果不知道瀑布有多深
[09:28.9]大家就会绕道而行
[09:30.94]如果水木只是薄薄的一层
[09:33.46]大家就会直接穿越它
[09:36.55]大多数芯片都离不开场效应晶体管
[09:40.24]而大多数场效应晶体管又必须使用cmos 技术制造
[09:45.4]可以说
[09:46.21]有了C 帽子技术的问世
[09:48.22]芯片才能够按照摩尔定律不断向前进步
[09:52.76]当应用该技术制作的场效应晶体管的尺寸到了物理极限时
[09:58.16]摩尔定律也就失效了
[10:00.84]整个半导体行业都处于悲观的状态
[10:04.86]有意思的是
[10:06.15]当年是一个名叫萨之堂的华人领导了cmos 技术的发明
[10:11.85]如今另一个华人很自信的认为
[10:15.09]他已经找到了解决这个难题的方法