芯片七納米制程,是指晶體管之間的間距是七納米,還是晶體管的尺寸是七納米?

氫原子很生氣


    經常聽說,手機處理器採用了7nm、10nm製程工藝,一個小小的處理器容納了幾十億的晶體管,那麼7nm是怎麼計算的呢?下文具體說一說。


    晶體管的結構

    晶體管的結構如下圖所示:

    在上圖的晶體管中,電流從Source(源極)流入Drain(漏極),而Gate(柵極)相當於閘門,負責控制兩端源極和漏極的通斷,柵極的最小寬度(柵長)就是指XXnm製程工藝的數值。


    柵極的寬度非常重要,決定了電流通過時的損耗,直觀表現就是手機常見的發熱和功耗,相對來說寬度越窄、功耗越低。因此,對於臺積電、三星等晶圓廠需要不斷的升級技術,力求柵極寬度越窄越好。


    摩爾定律

    談起芯片的製程工藝,不得不說“摩爾定律”這四個字。摩爾定律是指集成電路上可容納的元器件數目,每隔18~24個月便會增加一倍,性能也提升一倍。


    芯片製造工藝常用XXnm表示,表示了柵極的最小寬度(柵長),柵長越短,則可以在相同尺寸的硅片上可以集成更多的晶體管。


    隨著半導體工藝的進一步發展到5nm甚至3nm之後,電路中最窄的地方甚至只有十幾個原子的厚度,面臨半導體工藝的極限,量子隧穿效應就會發生,導致漏電流增加。至於摩爾定律還能走多遠,看法並不一致,有預測認為摩爾定律的極限將在2025年左右到來。


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Geek視界


在瞭解芯片的納米制程時,先來了解納米的含義,它就是一個長度單位,相當於0.000000001公分,可能我們對數字前面的0沒有感覺。假如一張紙的厚度是0.1毫米,要將這張紙的厚度切成10萬條線,也就相當於1納米。這個長度並不是晶體管的間距,而是晶體管內部電流從起點流向終點要經過一道閘門,而這個閘門的寬度就是芯片中所說的納米單位。

晶體管的閘門是整個電路的開關,控制著晶體管的電流。工作都要靠它來完成。當在斷開的狀態下就是0,連接的時候就是1,而硅中的電荷是分為兩種,在N極時就是負電子在活動,在P極時就是正電子在活動。

也就是P極半導體排斥從N極來的電子,相當於0狀態,如果要想開啟晶體管,就需要向閘極增加很微少的正電壓來介入電子的活動。



芯片廠商為了追求極致的性能,希望晶體管閘門的寬度越窄越好。不過當到達14納米的時候,隔離層材料二氧化硅厚度不夠,控制能力就會變差,電流流過會產生流失,導致芯片的功耗過高,增加熱量,信號失真的問題

。為了解決這些問題,芯片又要提高電壓,這種情況幾乎陷入了死循環,因此電流流失的問題不解決,功耗就一直存在。

工藝製程的提升都是將電晶體不斷的縮小,這樣做的目的就是為了能夠在很小的芯片內裝入更多的零件,性能提升,增加運算的速度。但這樣的發展是有極限的,製程並不能一直減小。在2014年的時候,三星就取得了14納米芯片的量產,這就標誌著開始進入3D晶體管時代。隨後三星對這項工藝不斷改進,第一代芯片用在了蘋果A9芯片上,第二代用在了自家的獵戶座 8890和高通的820。



手機芯片已進入了7納米時代,為了追求製程更高的芯片,科學家也在不斷的試驗,但材料是最大的問題。目前已在著手研究新型的納米晶體管技術,這種技術可以讓電流直接流入觸點,流動距離更短,直接與端口連接,體積更佔優勢。在生產的過程中,對溫度特別敏感,只能在低溫下進行晶體管的連接可以減小段差。測試表明,這些新技術比普通的晶體管速度更快,功耗降低,相信未來更多的設備能用到。


星河方舟


我來簡單說說吧!

1、納米是尺寸還是間距:用最直白的話說,芯片製造工藝中的5nm、7nm其實指的就是晶體管尺寸。一般專業術語稱之為晶體管柵極的寬度(下圖紅框就是柵極),也就是所謂的柵長。柵長的寬度越小,也就意味著晶體管的尺寸越小。


2、晶體管小的好處:晶體管越小也就意味著在單個晶圓體上能塞入更多的晶體管,相同晶圓體面積的情況下,這樣就可以以更小的功耗來容納更復雜的電路系統,也就意味著了電路系統集成度更高,能實現更大的運行速率。目前晶圓體尺寸最小能達到4寸,不過集成電路主流是使用8寸的晶圓體(見圖)。

3、晶體管尺寸不能無限縮小:當然,在我們這個世界很多技術都會遇上物理極限,晶體管尺寸也一樣。按照現有的技術,當晶體管達到20nm時就會產生量子物理問題,比如漏電等。

因此,隨著尺寸的越來越小,要解決的技術問題也就越多,廠商的研發難度也就越高。現在的7nm的製造工藝已經接近物理極限,而臺積電現在已經準備研製5nm製造工藝,真要成功基本算是要突破物理極限了。

4、光刻機和蝕刻機的作用:要想實現納米級晶體管制造,最終都離不開這兩種設備。前者的主要作用是在晶圓體上塗抹光刻膠並進行光腐蝕,並在其中包含編碼等內容;而後者則是將光刻機複印在晶圓體上的電路進行蝕刻,最終形成柵級,也就是前面說的晶體管。

Lscssh科技官觀點:不知道看了以上的內容題主有無明白!目前我國在芯片製造領域整體還算過得去,除了最尖端的光刻機領域技術比較薄弱,只能生產90nm的設備,但在晶圓體和蝕刻機(見上圖)方面我國技術並不弱,基本和世界先進水平持平。



Lscssh科技官


感謝您的閱讀!

我們力圖用相對簡單的語言,讓大家通俗易懂的瞭解下,到底什麼是所謂的7nm工藝製程?以及為什麼有一段時間,大家都說7nm工藝是極限呢?

我們先看一張圖:

(圖源來自於:《 5nm就到極限了嗎?談芯片工藝發展路向》)

這張圖其實已經很明顯的解釋了,什麼是nm工藝?你可以看到Gate,中文意思是門的意思,在這裡指的是柵極(Source:源極 ,Drain:漏極)。

那麼,我們所謂的7nm指的就是柵極的大小,也可以成為柵長,它的距離越短,比如28nm——14nm——7nm,這個尺寸越來越小,那麼我們如果實在同一片硅片,在上面可以放更多的晶體管(所以,7nm工藝是晶體管中的柵極的大小)。

為什麼要不斷的縮小工藝製程呢?我們如果將柵極變更小,源極和漏極之間流過的電流就會越快。自然,使用更先進的製造工藝,芯片的面積和功耗就越小,成本也越低。


摩爾定律

當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍!

根據這個定律,工程師必須不斷縮小晶體管的尺寸。而且,從硅材料芯片的物理極限來看,7nm也是物理極限。

但是,因為科研人員不斷用替代材料,硅材料的優勢也在不斷降低!比如全新的III-V族化合物半導體、硅烯等等新的材料的使用,讓所謂的摩爾定律,也在被挑戰!

所以,未來可能會有更多的可能,只是我們還在等待而已。


LeoGo科技


7納米工藝,指的是芯片製造過程中的光刻精度為7納米。光刻精度也就是最小光刻寬度,通常可以理解為芯片圖形中的最小線條。實際芯片線條的大小,還要考慮套刻精度,即多次光刻之間對準的精確度的影響。

CPU等數字集成電路主要是處理數字信號,更小的光刻精度可以生產更小的芯片單元,從而可起降低功耗,提高運算速率,減少芯片單位面積(從而降低成本)等作用。


功夫茶客


有些回答者是不是人云亦云,亂答一通了?現在的芯片製程工藝遠比我們想象中的要複雜太多太多了,沒有那麼簡單。

納米制程值做何指?

因為智能手機的快速發展,我們對12nm、10nm、7nm這類的製程工藝可能並不少聽說。在以前晶體管的柵極間距(下圖Gate的寬帶值)與製造工藝(nm值)一致,但現在的7nm甚至更先進的5nm製程工藝遠遠複雜多了,事實上現在晶體管的柵極間距並無法直接代表製程工藝。

如果單純理解成製程工藝提升是晶體管體積變小或柵極間距變小?其實並很不嚴謹。簡單的舉例,就如臺積電的10nm製程工藝等同於三星的10nm製程工藝;而英特爾10nm的製程工藝卻與臺積電7nm製程工藝相類似。因而我們說納米制程並沒有通用標準。這些納米值實際上並不代表晶體管的尺寸,而是代表製造它們的製造技術。

而更具代表意義的是晶體管密度。

通常來說,具有較高晶體管密度的製程工藝通常也會更好。從下圖晶體管密度比較表中可以瞭解到,英特爾的10nm密度要比臺積電的7nm密度還高,但是臺積電的7納米實際上在邏輯上比英特爾更密集。

晶體管密度提升的優勢:

  • 性能提升:隨著晶體管尺寸的減小,單位面積中容納更多的晶體管,從而令相同大小的處理器獲得更高的處理能力。

  • 功耗降低:較小的晶體管降低芯片總功耗,減少熱量產生,還可進一步提高時鐘速度。

製程工藝的提升換個層面而言其實就是晶體管密度的提升,這不僅導致半導體器件的性能提高,而且減小了其尺寸。這就是為什麼計算機越來越小,越來越快的原因。

在以前工藝節點從40 nm、28 nm、16 nm、12nm、10nm不斷提升,芯片製造商不遺餘力地縮小晶體管的柵極寬度以實現工藝升級。而現在不同,發展到7nm製程工藝後,晶體管的洩漏問題越來越嚴重,單靠減小晶體管的柵極寬度已不能改善芯片製造工藝。

總之,這些納米值實際上並不代表晶體管的尺寸,現在晶體管的柵極間距更無法直接代表製程工藝。現在的納米制程也並沒有通用標準,而更具代表意義的是晶體管密度。


IT小眾


應該是導線線路寬度7納米吧?

不知道對不對。

外行人隨口一說(那尼)

芯片中的線路是通過極紫外光照射曝光,然後用蝕刻機腐蝕出一條溝槽,然後再向溝槽中注入導電材料,然後形成了一條導電線路,7納米就是這個溝槽的寬度即導線線路寬度。

所謂ASML光刻機,其功能就是把設計好的電路圖"啪"一下對著晶片上的膠層曝個光,曝光後輪到蝕刻機幹活了。

華為海思就是專門設計這個電路圖的。

荷蘭阿斯麥光刻機設備就是專門曝光的。

上海中微半導體設備就是專門刻電路圖的。

江豐電子專門提供濺射靶材的。

臺積電就是專門加工芯片的,

長川科技是專門生產芯片封測設備的。

長電科技是專門進行封裝測試的。


塞班班


下圖是晶體管(mos管)的示意圖,其製程幾納米指的是柵極(gate)的最小長度(length),而不失寬度(width),現在一般寬度都比長度大



年不再少630


首先,我們先回答一個關於什麼是製程的問題。

在講這個之前,不得不說一個半導體界的黃金定律也就是摩爾定律,即當價格不變時,集成電路上可容納的元器件的數目,約每隔18-24個月便會增加一倍,性能也將提升一倍。更直觀的體現便是節點大約每隔24個月便會縮小30%。

製程一般以特徵尺寸來體現,所謂的特徵尺寸就是原胞中的最小尺寸,通常以柵極的長度來表徵。因此,現在常說的製程是多少納米,其實質是柵極的最小長度是對應的納米數。

接著,我們看看巨頭們是對7nm如何定義的。通過查閱資料,兩家芯片生產巨頭,三星和臺積電的7nm製程的概述如下,從表中可以看出晶體管之間的間距其實是46nm。

綜上所謂的製程是7nm,其實質是柵極的最小長度是7nm,而並非是晶體管的間隙或晶體管的尺寸是7nm。

https://en.wikipedia.org/wiki/7_nanometer


IGBT人


晶體管,二極管,三極管,CMOS,NMOS,PN結,基區,發射區,空穴,電子,臥槽看到標題嚇得我說出這麼多名詞,還好沒掛科


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