高端芯片，无需光刻机就能自己“生长”出来

传统半导体芯片性能主要取决于多层晶体管的密集堆叠，如今随着新兴的人工智能，发展芯片所需要的成本越发高昂。

目前，高端芯片的制作需要使用光刻机，其工作原理是使用一束强光通过类似于定焦摄像头的透镜系统，将光线聚焦在一个晶圆上。

晶圆是一种由硅等材料制成的圆形片，上面包含着有无数微小的电路元件和芯片。透过透镜的光线被控制成高度精确的形状和强度，以使其能够曝光出预定的图形模式，从而在晶圆表面留下所需的图形形状。

当透过透镜的光线照射到晶圆表面时，光会被散射、干扰和反射。由于需要精确控制光线的强度和穿透路径，因此在晶圆表面需要放置一层特殊的光刻胶以保护晶圆，并在光线照射下形成预期的样式。

然后，在光线照射后，光刻胶被去除，暴露出晶圆表面上的电路图案，以便后续的处理工艺。

光刻机的工作原理非常复杂，需要高度精确的光学、机械和软件技术。然而，它在微电子制造行业中是不可或缺的一部分，因为只有光刻机能够批量制造微小、高精度的电路晶圆。

不过，最近一项科研工艺的发明，或许可以让光刻机不再成为高端芯片生产的必需品。

麻省理工学院（MIT）华裔科学家朱家迪领军的原子级晶体管研究于 4 月取得突破，该项目采用气象沉淀逐层堆叠工艺生产，不再需要使用光刻机，即可生产出一纳米甚至以下制程的芯片。

这将使晶体管的尺寸缩小到只有目前的千分之一大小，且功耗也只有目前的千分之一。

新晶体管只有大约三个原子的厚度，因此堆叠起来可以制造成本更低，性能更强大的芯片。

麻省理工学院的研究人员也因此开发了一种新技术，可以直接在完全制造的硅芯片上有效且高效地“生长”金属二硫化物 (TMD) 材料层，以实现芯片晶体管更密集的集成性。

由于芯片制造过程通常需要大约 600 摄氏度的温度，而硅晶体管和电路在加热到 400 摄氏度以上时可能会损坏，因此将晶体管材料直接“生长”到硅晶圆上是一项重大挑战。

现在，麻省理工学院研究人员的跨学科团队已经开发出一种不会损坏芯片的低温“生长”工艺。该技术可以让二维半导体晶体管直接集成在标准硅电路之中。

新技术还能够显著减少“生长”这些材料所需的时间。以前的方法需要超过一天的时间来制造芯片用的单层二维材料，而新方法可以在不到一个小时的时间内在整个 8 英寸晶圆上“生长”出均匀的金属二硫化物 (TMD) 材料层。

IT之家注意到，有分析认为，如若这项新技术能够应用在工业化生产中，不仅将改写整个芯片行业的生产方式，还可以大幅降低芯片的成本，从而降低整个硬件市场的价格。

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