老美一个会，芯片以后不用铜和硅了？,芯片除了用硅还能用啥

大家听说过 IEDM 吗？

不瞒大家说，直到前两天我收到了一封广告邮件之后，才知道美国在每年的 12 月还会举行这么一个行业峰会。。。

简单来说，IEDM （ 国际电子器件大会， International Electron Devices Meeting ），被誉为半导体领域的 “ 奥林匹克盛会 ” ，会汇集业界巨头（ 英特尔、台积电、三星、IBM 等 ）和各大顶尖高校，坐在一起头脑风暴。

具体都风暴些啥呢？从晶体管结构、到互连材料，业界巨头和学者们不断抛出新的思路，尝试挑战物理的极限，共同指明未来半导体行业的发展方向。

也就是说，芯片未来怎么发展，很大程度上都得看这个会上都聊了啥。

既然突然撞见了，那托尼今天就带大家理理最近的 IEDM 2025 上都有哪些新方向，给大家聊聊芯片未来会怎么进化。

首先，最近两年在 IEDM 上被反复提及的一个议题是，芯片里头的导体：铜要顶不住了。

我们初中物理课上都学过，在材料、长度和温度一定时，导线的电阻与横截面积成反比，简单来说就是导线越细，电阻越大。

还是用经典的高速公路例子给大家解释，原本宽阔（ 导线粗 ）的路上六七辆车（ 电子 ） 随便跑，但一旦路变窄（ 导线细 ）了，车（ 电子 ） 就跑不动了。

所以芯片铜互连材料也是如此，制程越先进电阻越高，而且铜到了纳米级别之后，电子在狭窄的空间里动不动就会撞到边界、拐弯、减速，电阻会上升得比想象中快得多。

这样一来信号传输慢如蜗牛，功耗还会爆炸。

于是乎，在近几年的 IEDM 大会上，电子行业的大佬们已经开始讨论用钌金属 （ Ru ） 去代替现有的铜作为互连材料，而这回大家又围绕着钌金属提出了很多新的路子。

钌单质长这样

先给大家解释一下，为啥大家都看上了钌金属呢？首先是因为在极细的线宽下，钌的电阻对 “ 变细 ” 这件事儿没那么敏感，比铜更适合做细。

其次是，钌特别适合一种叫 ALD（ 原子层沉积 ） 的工艺。和传统铜互连靠 “ 往里灌再刮平 ” 的电镀工艺不同，ALD 工艺是一层一层地贴，哪怕导电沟槽极度窄和深，也能把钌均匀铺好。

最重要的一点是，这种工艺还能让钌内部的 “ 晶粒排列 ” 更整齐，电子跑起来不容易被反复打断 ——

就好比把原本坑坑洼洼、岔路很多的土路，升级成了平整的柏油路，电阻自然也就降下来了。

这不在 IEDM 2025 会上，来自三星的实验结果表明，在横截面积只有 300 nm² 的超细互连线中，采用这种工艺制造的钌线相比溅射工艺的钌线电阻降低了 46%。

而且这次 imec （ 比利时微电子研究中心 ） 还展示了在 16 nm 间距下（ 可用于 A7 ，即 0.7 nm 以下工艺 ）实现的两层钌互连结构，并在 300 mm 晶圆上取得了 95% 以上的良率，这也说明了钌互联可能真的要来了。

解决了互连材料之后就万事大吉了么？nonono，路修好了， “ 车 ” 也得听指挥才行 ——

大家都知道，芯片最底层的逻辑其实就两种状态 —— 通电，或者不通电。

晶体管通过栅极 （ 门 ）来控制电流的开与关 （ 1 和 0 ）。但问题是当晶体管小到一定程度的时候，电子就开始胡来了，即便是门关上了，还是会有电子偷溜过去。

电子这样叛逆的后果是，漏电上升、静态功耗飙升、芯片发热变严重，为了温度只能降频、限功耗，性能提升反倒功耗墙卡住了，合着一来二去白忙活。

所以说 IEDM 上提到的另一个重要议题，就是用二维过渡金属硫化物（ 2D TMDs ）去替代原本硅的沟道材料。

托尼给大伙简单解释一下：以往的硅沟道，因为沟道它比较厚，正所谓天高皇帝远，栅极 （ 门 ）从上面指挥，远端的路通不通它就管不住了，这底下就容易漏电。

而以硫化钼 MoS₂、硒化钨 WSe₂ 为代表的 2D TMDs 材料，厚度只有几层原子厚，栅极控制起电子就手拿把掐。

不过话说回来， 2D TMDs 相比钌互联来讲还是有点遥远，目前更多的还是在原型研究阶段。

因为 2D TMDs 材料的生长工艺容易把栅极搞坏，过于薄的材料后续也更容易翘边，还得解决低阻接触等等问题，后面要大规模量产还得再沉淀沉淀。

除了以上这两个比较新颖的知识，IEDM 还聊了一些老生常谈的话题，比如新的栅极堆叠方式，也就是门结构。

这个大家可能比较熟悉了，过去的十几年里我们从 FinFET （ 鳍式场效应晶体管 ）到 2nm 工艺的主流结构 GAA（ 环绕栅极 ），晶体管密度不断提高。

但在最近几年的 IEDM 上，一个被越来越频繁提起的新方向就是台积电等巨头反复押注的 CFET（互补场效应晶体管）。

相比过去的晶体管密度横向发展、在土地上建平房的方式， CFET 的思路，则更像是平地起高楼，通过垂直叠加晶体管的方式，利用三维空间提高晶体管密度。

但是具体的我们今天就不讲了，感兴趣的小伙伴可以自己搜搜看，毕竟 AI 工具现在都这么好用了 （ doge ）。

今儿个虽然给大家絮絮叨叨聊了不少，但这些技术讨论也只是 IEDM 上的冰山一角。。。

在每年的会议里，有人研究材料，有人研究工艺，也有人反复推翻自己前面的结论，再从头来过。每一篇论文背后，都有无数次失败、争论和推倒重来，凝聚着工程师们的心血。

而从更大的视角来看，微电子行业本身，就是人类不断逼近极限、又不断换路前行的缩影。也许大多数名字不会被记住，但正是这群人一次次的头脑风暴，才让整个世界一点点向前推进。

某种意义上，这就是属于电子工程师的 “ 群星闪耀时 ” 。

撰文：小柳

编辑：米罗 & 面线

美编：子曰

图片、资料来源：

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