中國芯片行業這些年卡脖子卡得厲害,尤其是高端制程那塊兒,全世界就那么幾家能搞定EUV光刻機,我們想買都買不到。結果呢,很多自研芯片設計好了,卻沒法大規模生產,損失一大堆錢和時間。
2022年,復旦大學的一幫研究員看準了這問題,決定不走尋常路。他們從晶體管結構下手,琢磨怎么用現有設備就把芯片性能提上去。周鵬教授領銜的團隊,花了好幾個月分析硅基材料的極限,覺得二維材料能派上用場,就開始實驗堆疊不同材料來做器件。
起初實驗挺折騰的。團隊先在實驗室小打小鬧,用硅片和二硫化鉬試兼容性。調參數調了半天,避免材料間起沖突。2022年上半年,他們做出第一個小樣品,測下來密度能翻倍,但電流漏得厲害,得反復改工藝。夏天時候,擴展到4英寸晶圓,買了些設備回來測試。過程中,跟國內幾家半導體廠聊了聊,拿反饋優化后端線。秋天,數據齊了,寫論文投到國際期刊。12月,成果出來了,介紹這種異質互補場效應晶體管,硅管p型,二硫管n型,垂直疊加,性能直追先進節點。
這事兒一出,業內炸鍋了。國外媒體也報道,說中國在架構創新上領先了。復旦團隊沒停手,2023年建了個專項 lab,繼續鉆研。試了二硒化鎢啥的,換材料提升耐用度。年中,跟芯片設計企業聯手,模擬電路表現,功耗降了15%。國家給項目塞錢,納入科技計劃。團隊人手多了,學生也進來幫忙,實驗速度快起來。2024年,挑戰大晶圓,8英寸試產,良率先低到50%,后來用激光幫轉移,精度上去了。
2025年開頭,焦點轉到閃存上。團隊用異質結構搞NOR型器件,不用傳統浮柵。分批實驗,先小陣列驗證,再擴規模。夏天,熱穩定性搞定,摻雜調閾值。10月,做出全球首個全功能二維NOR閃存芯片,集成硅基和二維材料,高密度存儲,還兼容老生產線。芯片企業一看,有戲,評估用在邊緣計算。國際上,類似研究冒頭,但復旦搶先了。這不光是技術事兒,還幫供應鏈穩下來,少靠進口。
異質CFET技術說白了,就是聰明地疊材料避開縮尺寸的麻煩。硅基底上放p型管,上面疊n型二維層,物理匹配好,密度就上去了。工藝從硅片清洗開始,沉積緩沖,轉移薄膜,用化學氣相法長材料。層厚幾納米,載流子跑得順。測下來,開關比10的6次方,漏電流pA級,低功耗合適。柵極用高k介質,耦合強。后端兼容CMOS,不改前端設備,廠子升級容易,成本省。
閃存擴展挺實用的。NOR結構隨機訪問快,代碼存儲好。樣品陣列幾千單元,編程電壓5V以下。耐久10的4次循環,數據保持穩。比老閃存,隧穿層薄,可靠高。高溫下閾值漂小。讀出放大用互補管,噪聲低,信號好。編程注入載流子,擦除熱電子。測試用自動探針,位錯率10的負5。外圍電路低壓,功耗控好。
技術優勢明顯。傳統靠EUV縮節點,這法子堆疊提集成,7nm等效性能追得上。模擬顯示,邏輯門延遲短。制造細節多,晶圓準備去污,濕法轉移無損。光刻只圖案連接,不需EUV。熱預算400°C下,材料不壞。批量時,缺陷分析修界面陷阱,良率80%上。通過這些,避開壟斷,自主路寬了。
產業對接在走。2025年樣品后,企業驗證,生產線調小。成本算下來,EUV路徑省30%。移動設備和高可靠領域合適。國際標準過關,無環境問題。路徑給多元化,未來多層疊,密度再翻。團隊瞄黑磷,頻響擴。5G和物聯網潛力大。
再往前看,復旦沒只盯CFET。2025年4月,他們搞出WUJI芯片,幾原子層厚,32位RISC-V處理器,全二維材料。避硅,完全無EUV。團隊從2024年底起步,材料選二硫化鉬啥的,建電路。測下來,運算速快,功耗低。處理器小,但功能全,跑基本任務。業內說,這步大,幫中國高端計算獨立。
WUJI開發過程接地氣。團隊先模擬架構,選RISC-V開源。材料生長調均勻,器件集成避短路。春天時候,首批樣品出,調試代碼跑通。4月公布,全球第一硅免費處理器。企業興趣大,考慮AI邊緣用。技術上,二維層疊,電子流順,能量損90%省。跑1.4倍快。跟CFET結合,未來芯片更強。
整體看,這系列突破讓中國芯片不那么被動。EUV壟斷下,架構創新成出路。復旦團隊實干,步步推,幫產業升級。臺積電那邊擴美廠,2022年張忠謀他們熱鬧,但我們自力更生,技術地位降他們影響。依賴EUV的企業日子難過點。
芯片未來多路線。復旦CFET和WUJI開局好,二維材料成主流。團隊繼續,周鵬他們領頭,新材料試。閃存擴展到更大陣列,應用廣。企業合作深,供應鏈重構。國際競爭烈,但中國領先占位。

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