北京
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一年一度的国际电子器件会议（IEDM）于上个月举行。英特尔公司的马修-梅兹（Matthew Metz）发表了题为 "延续摩尔定律的新材料系统 "的演讲。从本质上讲，这是对硅耗尽后的一些可能性的探讨。
马修首先介绍了晶体管如何改变世界，特别是数十年来推动英特尔自己的工艺路线图的材料创新。回到 90nm，我们使用了应变硅，然后是 HiK 金属栅极。英特尔是第一个将 FinFET 推向市场的公司（尽管当时它称之为 TriGate）。Intel 4 上首次引入了 EUV 光刻技术。
大家可能都知道，英特尔正在 4 年内进行 5 种工艺的技术开发，这显然是很激进的，但很明显一切仍在按部就班地进行。英特尔 20A 将是第一个采用全栅极（GAA）的工艺，英特尔称之为带状场效应晶体管（ribbonFET）。英特尔还有一个积极的先进封装路线图，但马修跳过了这一点，因为演讲的重点是我们未来将在晶圆上放置什么，而不是我们如何将它们组合在一起。
英特尔并不是唯一一家致力于全栅极的公司。在过去的几年里，在 IEDM 等会议上，所有主要制造商和研究组织都发布了某种版本的纳米片全栅结果。请参阅上面的横截面。
计划的下一个重大创新是互补 FET 或 CFET，其中 n 晶体管优于 p 晶体管。事实上，这几乎是今年 IEDM 的主题，许多人宣布了 CFET 制造方面的各种创新，以获得 1.5 倍到 2 倍的面积缩放。
英特尔（与其他所有人一起）追求的另一项创新是背面供电网络（背面 PDN）以及英特尔所谓的 PowerVia。这些技术允许信号和电源分离，并且不再像历史上那样相互干扰，当时所有互连都位于正面。
最大的挑战是电源墙。每平方厘米的冷却功率要达到100W以上是非常困难的。关于如何改进有多种可能性：
传统 MOSFET 增强功能
应变硅锗 (SiGe) 纳米带
Ge 或 InGaAs 纳米带
隧道 FET
Dirac FET（石墨烯和 2D）
负电容NCFET
使用 FerroTunnel Junction 或 FerroFET 进行内存计算
制作 2D 材质而不是坚持使用 3D 有很多吸引力。但寻找好的材料面临着重大挑战。大家应该听说过碳纳米管 (CNT)，但尽管碳纳米管很有吸引力，但十年来在可靠制造这些材料方面并没有取得真正的进展。石墨烯是二维的，但没有带隙，这使得构建开关成为一项挑战。磷烯在高温下会挥发，因此不可能制造完整的晶体管。
最有吸引力的解决方案似乎是开发过渡金属二硫属化物（简称：TMD）。它是使用二维材料的最有前途的方法之一。TMD 是单个单层，可提供良好的栅极控制，从而降低功耗。它们具有比硅更好的迁移率，因此性能良好。此外，大的带隙限制了源极-漏极隧道效应。
Matthew 详细介绍了制造 TMD 2 层晶体管（特别是生长 2D 单层晶体管）的挑战和前景，以及如何接触它们。对于 n 晶体管的成分来说，最具吸引力的材料似乎是锑 (Sb) 和铋 (Bi)。对于 p 晶体管，钌 (Ru)。
最后一部分着眼于降低功耗要求和先进开关，特别是磁电自旋轨道（MESO）器件。开关可以在 0.1V 左右完成，并相应降低功耗。
Matthew 的结论是，英特尔与 TMD 正在进行的工作显示了持续 CMOS 扩展的前景，而 MESO 设备有望大幅降低功耗。但这是相对早期的研究，要使这些技术成为现实，还有很多工作要做。
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