光刻机理论极限是什么（光刻机物理知识）

2022-11-29 7:03:01 基金 xialuotejs

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光刻机的极限在哪里？

2020年3月28日，中国计算机学会做了一个 CCF YOCSEF 技术论坛：量子计算机离我们还有多远？的主题，主题上张辉（合肥本源量子计算科技有限责任公司副总裁，中国科学技术大学博士）做主题演讲时候有提到，3nm是经典计算机的工艺极限，就是因为量子的问题。本源量子是国内中科院旗下的做量子计算机方面的公司。

之前中芯国际副总曾经在喜马拉雅的音频节目中回答过这一提问，他说1nm的光刻机工艺并不是技术上难以逾越的门槛。只是目前采用投影或浸入式的技术还难以做到1nm工艺，但其实世界上已有直写技术可以做到1nm了，只是采用直写技术的硅片没有商用价值，只能制作掩膜版用，所以说3nm更不是极限了，那么光刻机的极限在哪里呢？接着往下看。

光刻机的极限

其实光刻机极限已经快到了，因为硅这种材料的极限在1纳米左右，如果想要超越1nm,那就得换材料了，但是目前地球上已经发现的材料中，没有比硅更适合的了，所以末来十年都很难超越1nm工艺，除非科学家能发现一种新材料，当然，这种可能很小。

超越1nm很难，那么达到1nm呢？目前要想达到1nm，目前当芯片内部线宽窄到3nm，电路中用于导电的铜线之间的间距太小，就会发生短路，所以说达到1nm都很难，只能寄希望于量子技术的突破了。

荷兰ASML（阿斯麦）公司的现状

在EUV光刻机方面，荷兰ASML（阿斯麦）公司垄断了目前的EUV光刻机，去年出货26台，创造了新纪录。据报道，ASML公司正在研发新一代EUV光刻机，预计在2022年开始出货。

根据ASML之前的报告，预计2020年将会交付35台EUV光刻机，到2021年则会达到45台到50台的交付量，是2019年的两倍左右。目前ASML出货的光刻机主要是NXE:3400B及改进型的NXE:3400C，两者基本结构相同，但NXE:3400C采用模块化设计，维护更加便捷，平均维修时间将从48小时缩短到8-10小时，支持7nm、5nm。

荷兰ASML（阿斯麦）公司的极限

与之前的光刻机相比，ASML新一代光刻机的分辨率将会提升70%左右，可以进一步提升光刻机的精度，毕竟ASML之前的目标是瞄准了2nm甚至极限的1nm工艺的。不过新一代EUV光刻机还有点早，至少到2022年才能出货，大规模出货要到2024年甚至2025年，届时台积电、三星等公司就可以考虑3nm以下的制程工艺了，所以说到2022年光刻机的精度有望达到3nm,要想达到1nm，估计要到2030年了。

总结

总结来说1nm应该是光刻机精度的极限，预计要10年左右才能达到这一目标，我是小熵，你有什么看法？快到下方评论区留言吧！欢迎关注，持续为您答疑解惑。

在紫外光谱。不同的材料有区别。

为什么说7nm是半导体工艺的极限，但现在又被突破了

7nm不是工艺极限，而是物理极限。要做个小于7nm的器件并不难，大不了用ebeam lith。但是Si晶体管小于7nm，隔不了几层原子，遂穿导致漏电问题就无法忽略，做出来也没法用。

芯片上集成了太多太多的晶体管，晶体管的栅极控制着电流能不能从源极流向漏极，晶体管的源极和漏极之间基于硅元素连接。随着晶体管的尺寸逐步缩小，源极和漏极之间的沟道也会随之缩短，当沟道缩短到一定程度时，量子隧穿效应就会变得更加容易。

晶体管便失去了开关的作用，逻辑电路也就不复存在了。2016年的时候，有媒体在网络上发布一篇文章称，“厂商在采用现有硅材料芯片的情况下，晶体管的栅长一旦低于7nm、晶体管中的电子就很容易产生量子隧穿效应，这会给芯片制造商带来巨大的挑战”。所以，7nm工艺很可能，而非一定是硅芯片工艺的物理极限。

现在半导体工业上肯定是优先修改结构，但是理论上60mV/decade这个极限是目前半导体无法越过的。真正的下一代半导体肯定和现在的半导体有着完全不同的工作原理，无论是TFET还是MIFET或者是别的什么原理，肯定会取代目前的半导体原理。

扩展资料

难点以及所存在的问题

半导体制冷技术的难点半导体制冷的过程中会涉及到很多的参数，任何一个参数对冷却效果都会产生影响。实验室研究中，由于难以满足规定的噪声，就需要对实验室环境进行研究。半导体制冷技术是基于粒子效应的制冷技术，具有可逆性。所以，在制冷技术的应用过程中，冷热端就会产生很大的温差，对制冷效果必然会产生。

其一，半导体材料的优质系数不能够根据需要得到进一步的提升，这就必然会对半导体制冷技术的应用造成影响。

其二，对冷端散热系统和热端散热系统进行优化设计，依然处于理论阶段，没有在应用中更好地发挥作用，这就导致半导体制冷技术不能够根据应用需要予以提升。

其三，半导体制冷技术对于其他领域以及相关领域的应用存在局限性，所以，半导体制冷技术使用很少，对于半导体制冷技术的研究没有从应用的角度出发，就难以在技术上扩展。

其四，市场经济环境中，科学技术的发展，半导体制冷技术要获得发展，需要考虑多方面的问题。重视半导体制冷技术的应用，还要考虑各种影响因素，使得该技术更好地发挥作用。

硅基芯片物理极限是七纳米，为何台积电却依然能做出五纳米的芯片?

其实在各种芯片领域，所谓的物理极限都只是当时人们技术水平不够所导致的理论极限，就比如在若干年之前，当时研究硅基芯片的人难道会想到现在的硅基芯片能做成这样吗？时代是在进步的，人类的科技水平每日都在更新，硅基芯片的物理极限被不断被突破是一个非常正常的现象。

台积电作为硅基芯片领域的佼佼者，他们在硅基芯片在研究方面一直都是下了很多大功夫的，他们的制作工艺绝对是一般芯片公司无法比拟的。像芯片这种东西，所要求的制作工艺是非常的高，指甲盖大小的芯片需要集成几十万甚至上百万的晶体管，这个数字与芯片的精细程度息息相关，虽然芯片的制作过程大概只分为设计、制造、封装和检测，可这小小四个过程，却是难倒了无数人，理论知识大家都可以学到，但实际操作却只能通过一次又一次的失败来获取经验。

制作一个芯片最重要的设备就是光刻机，而顶级的光刻机技术又在荷兰的ASML公司，一般人是绝对买不到这么高级的光刻机，但台积电公司可不是一般人，他们所能获取的设备说不定比现在明面上的还要更高级，而且他们是有自己的设备研究室，大多时候会将市面上的机器购买回来重新研究，随后自己改装设计出更为高级的设备，想要做出好的芯片，自然而然是得有最高级的设备，而台积电在这点方面绝对是完全具备的。

再来是芯片制造中非常重要的一个材质问题，好的材质才能造出好的芯片，特别是制造硅基芯片所需要的硅基材料，当初的人之所以会认为7纳米是硅基材料芯片的物理极限，是根据摩尔定律和各种物理法则进行计算得出，因为以当时的工艺水平和材料水准就只能造出7纳米的硅基芯片，不过现在人们已经制造出了更为高级的芯片制造设备，也发现了更适合的硅基材料，二者相互叠加之后，突破原本的硅基芯片七纳米极限也是可以理解的事情。

硅基芯片7纳米的物理极限是通过物理公式和摩尔定律计算出来的，而现在也证实了这个物理极限并不是真正的极限，7纳米的硅基芯片都已经投入工业化生产了，而5纳米的芯片则已经有了真正的样本，台积电现在是公开表示他们会做出更薄的芯片，三纳米两纳米甚至是更低，不过到那时所需要的设备和材料又是我们无法想象的了。

随着人类的工艺进程不断突破物理上的极限，人类的制造工艺也会达到一个又一个新的标准，不想被时代抛弃的话，只能不断的自我进步，芯片绝对是世界上一个经久不衰的领域，这个领域的突破是可以直接代表了人类在科技水平上的突破。