作為摩爾定律的指標(biāo)性人物，胡正明不僅是延續(xù)定律的“推手”、發(fā)明FinFET與FDSOI的科學(xué)家，同時(shí)也是前瞻行業(yè)未來(lái)的“預(yù)言者”。胡正明10日在中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)大會(huì)(CSTIC)上持“謹(jǐn)慎樂(lè)觀”觀點(diǎn)指出，半導(dǎo)體晶體管將會(huì)持續(xù)微縮，但接下來(lái)，摩爾定律將會(huì)變慢，IC產(chǎn)業(yè)仍將保持增長(zhǎng)勢(shì)頭，但增長(zhǎng)幅度也會(huì)放緩。

胡正明在10日CSTIC2018開幕式上，發(fā)表題為《Will Scaling End？What Then？》(晶體管微縮將走到極限? 而接下來(lái)呢? )演講，指出未來(lái)半導(dǎo)體可能的技術(shù)發(fā)展與延續(xù)方向。CSTIC是目前中國(guó)最受矚目的半導(dǎo)體技術(shù)研究發(fā)表大會(huì)，今年由SEMI、IMEC、IEEE-EDS共同組織舉行。

晶體管微縮將走到天然極限

他首先將時(shí)光倒流到1999年，當(dāng)時(shí)半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)的是：晶體管的極限落在35奈米。但也就在同年，UC Berkeley同時(shí)提出兩個(gè)突破性研究：一是45納米FinFET晶體管，晶體管構(gòu)造薄膜變得更?。涣硪怀?gòu)造(Ultra-thin body)也就是FDSOI。晶體管得益于薄膜變得更薄，讓新的晶體管消除界面以下數(shù)納米處的漏電。

然而未來(lái)限制晶體管持續(xù)微縮的因素還包含：1.根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)認(rèn)為，硅的film/fin/wire最小到6納米為極限；此外，2D半導(dǎo)體晶體天然厚度值是0.6納米；再者，或者不再連接基板。他也點(diǎn)出，未來(lái)FinFET晶體管下一步可能走向高鰭(Tall Fin)或全包圍柵極(Gate-all-around；GAA)。

由于2D半導(dǎo)體晶體的天然厚度極限就是0.6納米，制程上遇到困難就是如何在12吋晶圓上均勻沉積生長(zhǎng)材料，這是一很大的挑戰(zhàn)。不過(guò)目前MoS2化學(xué)沉積SiO2之上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)整片晶圓加工。

降低功耗NCFET未來(lái)潛在技術(shù)

除了晶體管構(gòu)造與材料，另一個(gè)關(guān)鍵就是如何降低IC功耗。他指出，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)運(yùn)算需要大量IC能耗與相應(yīng)的散熱需求，臉書高效能數(shù)據(jù)中心建于瑞典，正因北歐擁有天然地理冷卻條件，從IC角度言，如何降低電壓，降低連接帶工作電壓(Vdd)，突破下一階段60mV/decade barrier限制？越來(lái)越多的研究正進(jìn)行探索。

例如，下一代基于鐵電鉿氧化物的晶體管構(gòu)造，也就是，負(fù)電容場(chǎng)效應(yīng)晶體管（NCFET）可能是未來(lái)晶體管潛在技術(shù)。他以2015年FinFET和NCFET 30納米對(duì)比研究顯示，鐵電鉿氧化物形成薄膜，將柵極區(qū)隔成內(nèi)、外兩極進(jìn)行一個(gè)不同電壓下的表現(xiàn)對(duì)比。

IC產(chǎn)業(yè)不可替代性 摩爾定律將變慢

最后他指出，一方面原子尺寸是固定的，這是物理極限；另一方面，光刻和其他制程技術(shù)成本也愈來(lái)愈昂貴。這將使得晶體管微縮會(huì)變得越來(lái)越慢，但是即便沒(méi)有晶體管的微縮，IC產(chǎn)業(yè)也會(huì)持續(xù)成長(zhǎng)。

他說(shuō)，基于人類社會(huì)對(duì)智能科技的渴求，IC行業(yè)依然持續(xù)增長(zhǎng)，而且看不出任何行業(yè)能夠取而代之；但是IC產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)率可能愈來(lái)愈趨緩，自1995年以后不再享受高增長(zhǎng)率，增長(zhǎng)曲線反而愈來(lái)愈趨近于世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率(GWP)。

只不過(guò)持續(xù)推進(jìn)IC產(chǎn)業(yè)往下走，需要通過(guò)更多創(chuàng)新科技來(lái)改進(jìn)其成本、功耗與速度，他以身在高校科研機(jī)構(gòu)導(dǎo)師的身份觀察說(shuō)，現(xiàn)在很多年輕世代往后數(shù)十年的努力，通過(guò)物理或化學(xué)研究很可能全然將他這一代研究給推翻掉，從而繼續(xù)讓摩爾定律向前走，并持續(xù)讓半導(dǎo)體行業(yè)保持有利可圖空間。