芯片进入2nm一定要使用GAAFET晶体管技术，之前的FinFET晶体管技术，必须抛弃？

随着近日最新出产的高性能芯片大量使用4nm工艺，不少厂商的3nm制程工艺也被提上日程，正式进入到了测试阶段，也预计将在2023年年末就会看到3nm制程的产品面向市场。台积电、三星和英特尔三家芯片厂商开启了芯片制程工艺竞争。

前段时间，三星公布了自家的3nm制程工艺已经达到了可以批量生产的标准，因为三星工艺在骁龙888和骁龙8Gen1两款芯片上的表现并不尽如人意，所以仍有不少相关机构认为台积电的3nm会优于三星工艺，但目前仍处在相关芯片工艺参数爆料阶段，并不能说明最后使用相关工艺的芯片性能有差别。

今日，据相关媒体报道，三星电子的芯片合同制造业务周二表示，尽管目前全球经济不景气，但它计划到2027年将其先进芯片的产能提高三倍以上，以满足强劲的需求。

这家仅次于台积电的世界第二大代工厂的目标是到2025年大规模生产先进的2nm技术芯片，到2027年大规模生产1.4nm芯片，这些芯片将用于高性能计算和人工智能等应用。

据此前报道，三星主要竞争对手台积电2nm制程将于2025年量产，并且就现在的进度来看，有望领先其竞争对手三星和英特尔。

众所周知，所有的晶体管都是由晶体管构成，像苹果公司的A16，就有160亿个晶体管。而在晶体管中的电流，则会从源电极开始，一直流到最后(漏)。

而在流过的时候，会有一道门(门)，这道门的宽度，就是所谓的晶片技术，也就是XXnm，苹果A16的4nm制程，理论上应该有4nm左右。

而要想进一步提升，从4纳米到3纳米，再从3纳米提升到2纳米，这就意味着要将栅极的厚度缩小。

而越窄的栅极，源极和漏极之间的间隔就越短。如此一来，源极和漏极的电场会干扰栅极，栅极就会失去对电流的控制，从而导致晶片的不稳定、漏电、功率消耗、性能降低。

以前7nm、5nm、3nm的时候，还能勉强控制，不会有太大的影响，但到了2nm，就不可能了，需要更多的技术去完善。

怎样在减小源和漏极的电场的情况下，既减小了栅极的宽度，又减少了源和漏极的电场对栅极的影响?也就是要改变这种材料的性质，这样才能保证栅极的稳定性。

台积电等公司，也曾尝试过多种方法，例如将磷元素掺入到晶片材料中，通过加热退火，以增加磷原子的平衡，激发其活性，改善其导电性。

但是，这种技术目前也面临着一个难题，常规的掺杂工艺是无法做到的，磷原子的平衡浓度不够，无法满足需要，而且在进行加热退火时，还会引起晶体管的膨胀。

因此，前段时间康奈尔大学的研究者们又推出了一种新的方法来增加磷的平衡：微波。

在实验的时候，他们用了一种特殊的方法，在家里的微波炉里，用微波炉进行了实验，结果发现，这种技术，可以在不引起晶体管膨胀的情况下，激发出掺杂的原子。

康奈尔大学的詹姆斯·黄现在和博士后詹卢卡·法比一起为微波退火申请了两个专利，相关的文章已经在AppliedPhysicsLetters上发表。

研究者预计，到2025年，这项技术将被用于芯片生产。

到了2025年，三星、台积电都有可能将2nm芯片生产出来，这意味着，2nm芯片的生产，除了EUV光刻之外，还得再加上一个微波炉。

众所周知，三星上半年量产了3nm芯片，采用的是GAAFET晶体管技术，也就是全栅场效应晶体管，相比于上一代的FinFET晶体管，功耗率，性能更强。

而台积电则会在2nm时使用上GAAFET技术，目前业界公认的是，只要芯片进入2nm，就一定要使用GAAFET晶体管技术，之前的FinFET晶体管技术，必须抛弃。

而之前也一直传闻，美国有意将设计GAAFET晶体管的EDA软件，进行出口管制，不允许卖到中国大陆来，以此来卡死中国大陆的2nm技术。

8月12日，政策终于出来了，美国商务部工业和安全局(BIS)在联邦公报上发布一项临时最终规定，对4项“新兴和基础技术”实施最新出口管制。

其中开发GAAFET(全栅场效应晶体管)结构集成电路必须用到的EDA(电子计算机辅助设计)软件，被列入管制范围，将在自今年8月15日起算60天后生效。

这意味着接下来，中国企业就算掌握了先进的芯片设计技术，拥有设计2nm芯片的能力，但在缺少EDA工具的情况之下，也会受到很大的限制。

以往美国更多的是卡住芯片制造方面，为何这次连EDA工具也要卡死了?

原因在于，虽然我们的芯片制造技术跟不上，但设计技术，与全球顶尖水平相比，差距并不大，甚至是同一水平的。

之前华为设计的麒麟系列芯片，一直处于最顶尖的水平，7nm、5nm等没有掉队。后来三星推出3nm芯片时，其首批客户也是中国大陆的。

说明中国在3nm芯片设计上，也不曾落后，一直处于顶尖水平，一旦中国解决了制造方面的问题，那就将无所畏惧了。

所以美国这次针对芯片设计也下手了，卡住2nm，让我们在设计、制造这两大关键环节上都受限，这样美国才能掌握全球的芯片市场。