首例0.34nm芯片！清华大学实现亚1nm栅极晶体管制造，美媒咋舌

基于硅基晶体管，眼下业界主流的晶体管架构可分鳍式场效应晶体管、环绕栅极晶体管；而工业界的晶体管栅极尺寸为12纳米以上。在此背景下，芯片企业想要实现更高制程的芯片制造，提高光刻机精度和改进、优化晶体管架构是比较常见的方法。事实上，通过缩短晶体管栅极尺寸，提高晶体管数量也是提高芯片性能的可行方案。

为什么提到这个呢？当然是因为我们具备了第三种方案的技术。即通过缩短晶体管栅极尺寸，变相提高芯片性能。2022年3月12日消息，清华大学破冰行业技术瓶颈，首次实现了具有亚1纳米栅极长度的晶体管，且在此基础上具备良好的电学性能。

清华大学官网消息显示，由集成电路学院任天令教授带领的团队在小尺寸晶体管研究中获得了巨大的突破。成功实现了亚1纳米栅极长度的晶体管改造。这里简单普及一个知识，一般来说，晶体管栅极长度越短，硅基芯片架构可容纳的晶体管数量也就越高，如果有办法实现栅极长度和芯片性能的反比，也就是带电性能，那么我们完全可以降低对光刻机制程的要求。

更重要的一点来了，据清华大学官网消息显示：团队推出的亚1纳米栅极长度晶体管，具备良好的电学性能。这意味着通过缩短晶体管栅极长度降低或避免对EUV光刻机的依赖程度的方案有望实现。可能有些朋友会说，我们想到采用缩短晶体管栅极长度来提高芯片性能，国外想不到吗？答：国外能想到，但是技术、性能和电力稳定性都没有我们高。

事实上，早在2012年，日本实现了等效3纳米的平面无结构型硅基晶体管。2016年，美国实现了物理栅长1纳米的平面硫化钼晶体管。清华大学实现的亚1纳米栅极晶体管的物理栅长为0.34纳米。对比日美半导体，显然我们的精度更高一些。只是精度高了吗？当然不是！

首先让我们先分析一下日本与美国分别在2012年和2016年推出的等效3纳米、1纳米物理栅极晶体管的劣势。日本在2012年推出的等效3纳米平面无结构型硅基晶体管因架构的不成熟和晶体管性能的不稳定，导致项目最后搁置。而美国推出的物理栅长1纳米的平面硫化钼晶体管虽说有比较稳定可靠的架构支撑，但在原料的选择上却出了岔子。即采用稳定性极差的硫作为原料。

清华大学研究团队巧妙地利用现有的技术优势，将石墨烯薄膜超薄的单原子层厚度和优异的导电性能作为栅极，基于石墨烯的侧向电场来对垂直的Mo S2沟道进行开关控制，在确保性能、电场稳定性的基础上，实现了等效0.34纳米的物理栅极晶体管构造。

有意思的是，论石墨烯技术，我们可是西方的“祖师爷”。即早在2020年我们便实现了8英寸、12英寸石墨烯晶圆的商用量产。不过这倒解释了为何国外逐步放弃了对栅极长度的缩减方案，因为他们缺少成熟的原料技术。关于石墨烯，想必大伙早先也听说了许多关于该原料的报道。同等制程下的石墨烯芯片性能是硅基芯片的5~10倍。至于权威性，IEEE全球权威半导体组织给出了确认。即石墨烯材料有望成为未来延续摩尔定律的关键性原料。

回到清华大学这里。研究团队破冰成功的0.34纳米物理栅极晶体管，通过在石墨烯表面沉积金属并将其自然氧化的方式，完成了石墨烯垂直方向的电场屏蔽。这还没完，为了进一步提高晶体管的稳定性，清华团队还使用了原子层沉积的二氧化碳 铪作为栅极介质、化学气相沉积的单层二维二硫化钼薄膜作为沟道。

值得一提的是，为了实现对石墨烯边缘电场对垂直二硫化钼的有效调控，清华大学研究团队还采用了基于工艺计算机辅助设计（TCAD）。目前该研究成果已经发布在国际顶级学术期刊《自然》上。这也侧面打消了部分人对该项成果的怀疑、猜测。

总的来说，清华大学此次突破的研究成果，有望助力我们日后实现在高端芯片领域中的独立自主的目标。希望清华大学早日将这项技术推出、落地。早日实现从实验室到工厂应用的转变。

对于清华大学破冰成功的等效0.34纳米物理栅长晶体管，大伙有什么想说的呢？后续如果我们想要通过石墨烯来实现在半导体领域的持平、赶超，势必会遇到许多的难题。包括基础建设以及人才培养方面的。对此你有什么好的意见和建议呢？

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光刻机的技术攻关一直是我们努力的方向，清华大学集成电路学院的成立，将会从三个二级学科发力来培养人才，其中就包括集成电路制造方向，实际上这就是瞄准了光刻机研发人才培养，但由于光刻机是属于高尖端技术，需要大量的技术储备和产业生态链，只能说清华的“芯片”学院有助于光刻机问题的解决，但要直接解决难题还有较长的一段路要走。

清华大学成立集成电路学院

清华大学在110周年校庆来临之际，正式成立了清华大学集成电路学院，网友直接称之为“芯片学院”，该学院将直接对标破解当前的芯片卡脖子技术难题，这个消息让全民欢呼，让半导体行业看到了未来的希望。

我们都知道集成电路是智能产品的心脏，是智能应用的核心所在，我国的集成电路发展很猛，需要巨大，但是技术水平却不高，高端产品仍依赖于他国。

清华大学在半导体人才培养上一直功不可没，从1956年开设半导体专业以来，累计培养了4000多名本科生，3000多名硕士生，500多名博士生，这些学生大多数也都进入了行业一线。

目前，清华大学的集成电路一级学科有硕博点，现在正式成立集成电路学院，主要就是为了更好地在集成电路上发力，解决产业应用中的难题，打破技术壁垒，实现多学科交叉融合，实现行业创新，为集成电路培养自己的人才。

此次清华大学集成电路学院将由原微电子与纳电子学系与电子工程系共建，同时还要成立多院系交叉研究中心，完整覆盖集成电路产业链的人才培养和技术攻关。

清华“芯片”学院人才培养的三个方向

清华集成电路学院将招收本科生，专硕，学术型博士、专项博士等，而本科生将采用大类培养和书院培养模式，硕博主要是培养高层次创新人才。

其中，集成电路学院学科规划值得关注，基本确定了未来的要实现技术突破的方向。

设置三个二级学科：

集成纳电子科学、集成电路设计与设计自动化、集成电路制造工程

纳电子科学、集成电路设计方法学及EDA、集成电路设计与应用、集成电路器件与制造工艺、封装与系统集成、MEMS 与微系统、集成电路专用装备和集成电路专用材料

清华“芯片”学院能否解决光刻机难题？

从清华“芯片”学院人才培养方向来看，是要将集成电路全产业链都要覆盖到，尤其是集成电路的制造工程，集成电路专用装备，专用材料，说直白一点，就是要在芯片的设计、材料、光刻机等方面培养人才。

清华大学是国人的荣耀，担负着高端人才培养和重大技术突破的重任，希望能通过强基计划和集成电路学院的人才培养，实现众多掐脖子技术的突破。

但我们都知道光刻机并不是一个简单的生产装备，光刻机巨头ASML的高端型号精密零配件多达10万个，清华需要较长的一段时间来进行人才培养和技术研发，突破和创新，我们需要多一点耐心。

同时，光刻机技术的突破还需要更多的企业来共同参与，尤其是现金流好的高科技企业，都应该积极布局和投资产业链生态，大家齐心协力才能成大事，仅靠清华是不行的。

最后，我还想强调一点，集成电路人才培养的同时，也不要放松了大学生的思想教育，尤其是爱国主义教育，国家投入了大量的资金来培养掐脖子技术的人才，不能到最后人才都流失了，这或许是大家都非常担忧的地方。

对于清华大学成立“芯片”学院，你是如何评价的？欢迎在下方留言讨论哦

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