1奈米之戰延燒，IBM與三星宣布聯手研發出 - 工程師

1奈米之戰延燒，IBM與三星宣布聯手研發出1奈米以下新電晶體技術

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三星與IBM聯合於2021年12月國際電子元件會議（International Electron Devices
Meeting；IEDM），宣布研發出突破1奈米製程以下的新電晶體技術。這是一種在晶片上垂
直堆疊電晶體的新設計。

目前的處理器和單晶片，是將電晶體平放在矽表面上，然後電流從一側流向另一側。然而
，三星與IBM則宣稱研發出垂直傳輸場效應電晶體（Vertical Transport Field Effect
Transistors；VTFET），是透過彼此垂直堆疊之下，讓電流垂直流動來達成。

VTFET設計有兩個優點。首先，可以繞過許多性能限制，將摩爾定律擴展到1奈米瓶頸之外
物理限制。更重要的是，由於電流更大，該設計減少了能源浪費。根據這兩家公司的估計
，VTFET將使處理器的速度比採用FinFET電晶體設計的晶片快了兩倍，且功耗降低85%。

也就是說，採用這種電晶體設計的晶片可能有朝一日允許手機一次充電之下，可以使用整
整一周的時間。此外，它還可以使某些需要能源密集型任務（包括：加密採礦）變得更加
節能，對於環境的影響也變得較小。由於，這是實驗室做出來的結果，因此IBM和三星都
尚未透露他們計劃何時將該設計商業化。

台積電方面，2021年5月中旬，台積電聯手台大與MIT才研發出單層（Monolayers）或二維
（two-dimensional）材料結合半金屬鉍（Bi）能達到極低的電阻，接近量子極限，有助
於實現半導體1奈米以下的艱鉅挑戰。

英特爾方面，2021年7月表示，其目標是在2024年之前完成埃級（Angstrom-scale）晶片
的設計，也就是1奈米晶片設計。英特爾計劃使用其新的英特爾20A節點和RibbonFET電晶
體來完成這一壯舉。

根據Global Market Insights預計2027年全球半導體製造設備市場銷售額可超越900億美
元。其中，二維技術在2020年佔據了超過30%的營收比例，原因是該架構提供了多種功能
，例如堅固的結構、低功耗和低成本營運。其也認為合作開發基於二維材料的IC是值得關
注的領域。因為在1奈米晶片中使用二維材料可以顯著降低半導體中的電阻並增強電流，
且較有機會在較早階段進入實際量產，這是其優勢。這也是IBM與三星無法透露採用VTFET
技術的1奈米製程何時可以進入量產的原因。畢竟，研發是一回事，能否進入量產又是另
一回事了！

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