IBM剛剛官宣研發2nm芯片不久，臺積電再次發起了挑戰！臺積電取得1nm以下製程重大突破，不斷地挑戰着物理極限。近日，臺大與臺積電、美國麻省理工學院合作研究發現二維材料結合「半金屬鉍（Bi）」能達極低電阻，接近量子極限。這項研究成果由臺大電機系暨光電所教授吳志毅，與臺灣積體電路和MIT研究團隊共同完成，已在國際期刊Nature上發表，有助實現半導體1nm以下製程挑戰。

沈品均、吳志毅、周昂升（從左至右）半導體新材料「鉍」：有望突破「摩爾定律」極限目前半導體主流製程進展到5nm和3nm節點。晶片單位面積能容納的電晶體數目，已將逼近半導體主流材料「硅」的物理極限，晶片效能也無法再逐年顯著提升。近年科學界積極尋找能取代硅的二維材料，挑戰1nm以下的製程，卻苦於無法解決二維材料高電阻及低電流等問題。臺大、臺積電和MIT自2019年展開了長達1年半的跨國合作，終於找到了這把key。

這個重大突破先由MIT團隊發現在「二維材料」上搭配「半金屬鉍（Bi）」的電極，能大幅降低電阻並提高傳輸電流。臺積電技術研究部門則將「鉍（Bi）沉積製程」進行優化，最後臺大團隊運用「氦離子束微影系統」將元件通道成功縮小至納米尺寸，終於獲得突破性的研究成果。吳志毅教授說明，在使用「鉍（Bi）」爲「接觸電極」的關鍵結構後，二維材料電晶體的效能，不但與「硅基半導體」相當，又有潛力與目前主流的硅基製程技術相容，有助於未來突破「摩爾定律」極限。

研究成果能替下世代晶片，提供省電、高速等絕佳條件，未來可望投入人工智能、電動車、疾病預測等新興科技應用。臺積電走向2nm！預計2024年實現量產幾十年來，半導體行業進步的背後存在着一條金科玉律，即摩爾定律。摩爾定律表明：每隔18~24個月，集成電路上可容納的元器件數目便會增加一倍，芯片的性能也會隨之翻一番。

然而，在摩爾定律放緩甚至失效的今天，全球幾大半導體公司依舊在拼命「廝殺」，希望率先拿下製造工藝佈局的制高點。臺積電在先進製程方面可謂是一騎絕塵。3nm領域，臺積電一隻獨秀。2020年，5nm量產。2nm預計在2023至2024推出。此前報道曾介紹了臺積電近年來整個先進製程的佈局：

要知道，臺積電、英特爾和三星並稱半導體制造業「三巨頭」。在芯片製程逐漸縮小的路上，三大巨頭你追我趕。

現在半路又殺出了IBM，上週竟宣佈自己研發出了世界首個2nm芯片，相當於在指甲大小的芯片上容納多達500億個晶體管，速度更快並且更高效。

對與更先進的2nm製程，臺積電早在2019年就宣佈對此研發。去年，在5nm量產不久後，臺積電宣佈2nm製程取得重大突破——切入環繞式柵極技術(gate-all-around，簡稱GAA)技術。有別於3nm與5nm採用鰭式場效晶體管（FinFET）架構。FinFET本身的尺寸已經縮小至極限後，無論是鰭片距離、短溝道效應、還是漏電和材料極限也使得晶體管制造變得岌岌可危，甚至物理結構都無法完成。

而全環繞柵(GAA)是FinFET技術的演進，溝道由納米線（nanowire）構成，其四面都被柵極圍繞，從而再度增強柵極對溝道的控制能力，有效減少漏電。臺積電在2nm研發上切入全環柵場效應晶體管GAA，其競爭對手三星則早在2年前其揭露3nm技術工藝時，就宣佈從FinFET轉向GAA，並「大放厥詞」：2030年要超過臺積電，取得全球芯片代工龍頭地位。

這也算是爲兩家企業2-3nm製程的市場之戰吹響了號角。爲了搶在臺積電之前完成3nm的研發，三星的芯片製造工藝由5nm直接上升到3nm，4nm則直接跳過。儘管臺積電和三星在2nm-3nm市場你爭我奪，但是英特爾卻毫不在乎，依然堅持在14nm，10nm製程上的研發。臺積電，三星對最先進製程的追趕，正是想要在世界先進製程領域一決高下。臺積電加入美半導體聯盟與此同時，出於利益考慮，全球晶圓代工第一大廠、島內企業臺積電還積極尋求在美建廠，努力之一就是加入了剛剛成立的「美國半導體聯盟」。本週二，由美國科技公司主導的遊說團體「美國半導體聯盟」（SemiconductorsinAmericanCoalition，SIAC）成立。

SIAC成員目前包括蘋果、谷歌、微軟和英特爾，除了這些美國主導科技企業外，還包括三星、海力士，還有光刻機巨頭ASML，更有島內晶圓代工大廠臺積電和聯發科。對於加入SIAC的消息，臺積電沒有做出具體回應。

SAIC官網「成員」頁的部分截圖，可以看到臺積電在列這些成員任何一家的限制都會給我們的發展帶來阻擋。專家解讀，可能讓中國更難達成不依賴美國技術、半導體自給自足的目標。SIAC的當務之急是敦促美國政府提供「補助」。一個由美國兩黨參議員組成的小組在週五公佈了一項「520億美元」的提案，以在5年內大幅提高美國半導體芯片生產和研究水平。美參議員MarkKelly等人一直在討論一項折中的方案，以「應對中國半導體產量的上升，以及芯片短缺對汽車製造和其他美國產業的影響」。這項提案預計將被納入參議院下週討論的關於資助美國基礎和先進技術研究的法案中。除了這項520億美元的提案，據美國《國會山報》報道，當地時間5月12日，美國參議院商務、科學和運輸委員會以24：4的結果投票通過「無盡前沿」法案，授權在五年內撥款「1100億美元」用於科技研究。

「無盡前沿」法案將授權五年內將其中1000億美元投資基礎和先進科技研究、商業化、教育和培訓項目，其中包括人工智能、半導體、量子計算、先進通信、生物技術和先進能源。此外，法案還包括再撥款「100億美元」，設立至少十個區域技術中心，並創建一個供應鏈危機應對計劃，來解決殃及汽車生產的「半導體芯片缺口」等問題。Hinrich基金會研究員、新加坡國立大學講師亞歷克斯·卡普里指出，因爲美國正大力將半導體價值鏈與技術轉移回美國，並設下保護網，這讓「中國大陸提升芯片產業的努力，將更具挑戰性」。卡普里認爲，臺積電大幅度增加對美投資，並參與在美國建立領先的5納米甚至3納米芯片製造工廠，可能會給中國大陸帶來壓力，因爲臺積電顯然不會在大陸蓋這類工廠。臺積電上月證實曾投資29億美元擴大在南京的工廠，但該工廠的技術是28nm製程，比臺積電在美國亞利桑那州晶圓廠所使用的技術還要落後兩至三代。

Intralink電子和嵌入軟件部門主管蘭道爾說，臺積電與其他加入SIAC的公司一樣，是出於自身利益的考量，有機會瓜分美國政府的500億美元資金。同時，他表示，中國沒有類似集結全球各地公司的組織，而且組隊結盟有助美國與其盟友「長期保有領先中國的優勢地位。」參考資料：https://www.cna.com.tw/news/ait/202105140051.aspxhttps://www.chipsinamerica.org/about/