近日，臺(tái)積電正式提出2nm以及后續(xù)1nm的工廠擴(kuò)建計(jì)畫。
預(yù)計(jì)總投資金額將高達(dá)8000億至1萬億新臺(tái)幣（約1840-2300億元），占地近100萬平方米。
據(jù)聯(lián)合新聞網(wǎng)報(bào)道，位于中部科學(xué)園區(qū)（中科）的新工廠將占用周邊的一個(gè)高爾夫球場以及部分公有土地。
這也是繼竹科寶山之后，臺(tái)積電規(guī)劃的第二個(gè)2nm晶圓廠。
業(yè)界指出，相較于后續(xù)用地問題仍待解決的臺(tái)積電竹科寶山2nm工廠，臺(tái)中高爾夫球場土地所有權(quán)單純，一旦與興農(nóng)集團(tuán)完成協(xié)商，很有可能超過竹科寶山建廠進(jìn)度。
根據(jù)臺(tái)積電初步規(guī)劃，工廠預(yù)計(jì)在2022年獲得用地許可并展開環(huán)境影響評估，最快于2023年動(dòng)工，預(yù)計(jì)可創(chuàng)造約8000個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)。
來源：經(jīng)濟(jì)日報(bào)
這兩年由于對芯片需求的劇增，臺(tái)積電產(chǎn)能擴(kuò)充與開發(fā)較往年可說是「五倍速」前進(jìn)。為了確保產(chǎn)能的提升，相關(guān)的支出也大舉拉高，尤其是在先進(jìn)制程方面。
目前臺(tái)積電在中科的制程涵蓋28nm及7nm，由于2nm及1nm制程的設(shè)備可以共用，未來將由1.8nm、1.4nm，逐步向1nm推進(jìn)。
業(yè)界推測，臺(tái)積電2nm最快可以在2024年試產(chǎn)，于2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，之后再進(jìn)入1nm，以及后續(xù)的「埃米」制程。
來源：經(jīng)濟(jì)日報(bào)
工廠建成后預(yù)計(jì)每年用電量可以達(dá)到75萬千瓦，當(dāng)?shù)匾粋€(gè)發(fā)電機(jī)組每年的發(fā)電量是55萬千瓦。
也就是說，全年需要差不多1.5臺(tái)機(jī)組保障臺(tái)積電新工廠的用電需求。而當(dāng)?shù)啬壳翱偣簿椭挥?0臺(tái)發(fā)電機(jī)組。
2nm：MBCFET
在工藝下降到5nm之前，F(xiàn)inFET（鰭式場效應(yīng)晶體管）一直是很好的。
當(dāng)達(dá)到原子水平 （3nm是25個(gè)硅原子排成一行） 時(shí) ，F(xiàn)inFET開始出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，可能不再適用于更進(jìn)一步的工藝水平。
在2nm工藝上，臺(tái)積電并沒有直接使用三星規(guī)劃在3nm工藝上使用的GAAFET （環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管），也就是納米線（nanowire），而是將其拓展成為MBCFET（多橋通道場效應(yīng)晶體管），也就是納米片（nanosheet）。
GAAFET是一個(gè)周圍都是門的場效應(yīng)管。根據(jù)不同的設(shè)計(jì)，全面柵極場效應(yīng)管可以有兩個(gè)或四個(gè)有效柵極。
通過在柵極上施加電壓，你可以控制源極和漏極之間的電流，將其從0切換到1，并創(chuàng)建一個(gè)處理器的二進(jìn)制邏輯。
從GAAFET到MBCFET，從nm線到nm片，可以視為從二維到三維的躍進(jìn)，能夠大大改進(jìn)電路控制，降低漏電率。
2nm采用以環(huán)繞閘極（GAA）制程為基礎(chǔ)的MBCFET架構(gòu)，可以解決FinFET因制程微縮產(chǎn)生電流控制漏電的物理極限問題。
1nm：「鉍」密武器
2021年5月，麻省理工學(xué)院（MIT）的孔靜教授領(lǐng)導(dǎo)的國際聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)探索了一個(gè)新的方向：使用原子級(jí)薄材料鉍（Bi）代替硅，有效地將這些2D材料連接到其他芯片元件上。
這項(xiàng)研究「Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors」已發(fā)表在Nature期刊上。
論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03472-9
自2019年起，MIT、臺(tái)大和臺(tái)積電就展開了漫長的跨國合作。
MIT團(tuán)隊(duì)最先發(fā)現(xiàn)，在「二維材料」上搭配「半金屬鉍（Bi）」的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。
之后，臺(tái)積電技術(shù)研究部門則將「鉍（Bi）沉積制程」進(jìn)行優(yōu)化。
最后，臺(tái)大團(tuán)隊(duì)運(yùn)用「氦離子束微影系統(tǒng)」將元件通道成功縮小至nm尺寸，終于獲得突破性的研究成果。
這種材料被作為二維材料的接觸電極，可以大幅度降低電阻并且提升電流，從而使其能效和硅一樣，實(shí)現(xiàn)未來半導(dǎo)體1nm工藝的新制程。
未來，「原子級(jí)」薄材料是硅基晶體管的一種有前途的替代品。
研究人員表示，他們解決了半導(dǎo)體設(shè)備小型化的最大問題之一，即金屬電極和單層半導(dǎo)體材料之間的接觸電阻，該解決方案被證明非常簡單，
即使用一種半金屬，即鉍元素（Bi），來代替普通金屬與單層材料連接。
這種超薄單層材料，在這種情況下是二硫化鉬，被認(rèn)為是繞過硅基晶體管技術(shù)現(xiàn)在遇到的小型化限制的主要競爭者。
金屬和半導(dǎo)體材料（包括這些單層半導(dǎo)體）之間的界面產(chǎn)生了一種叫做金屬誘導(dǎo)的間隙（MIGS）狀態(tài)現(xiàn)象，這導(dǎo)致了肖特基屏障的形成，這種現(xiàn)象抑制了電荷載體的流動(dòng)。
使用一種半金屬，其電子特性介于金屬和半導(dǎo)體之間，再加上兩種材料之間適當(dāng)?shù)哪芰颗帕?，結(jié)果是消除了這個(gè)問題。
研究人員通過這項(xiàng)技術(shù)，展示了具有非凡性能的微型化晶體管，滿足了未來晶體管和微芯片技術(shù)路線圖的要求。
