芯片是制造业的前沿。
芯片制造领域最前沿的研究是什么？今天我就带领大家盘点一二。
芯片的直观感受就是小，厘米见方的面积能装下比中国人口还多的晶体管。
上世纪80年代，芯片制造技术节点进入亚微米时代，而现在，已经进入亚10纳米时代。在不到40年的时间里，我们将晶体管的尺寸缩小了至少100倍。晶体管尺寸的减小允许每单位面积的芯片容纳更多的晶体管。
40年前，估计发明集成电路的领导人都很难想象摩尔定律发展了这么多年还没有走到尽头。
现代半导体制造技术不仅可以在水平图案的尺寸上控制原子厚度，还可以在垂直膜的厚度控制上控制原子厚度。
最典型的技术是ALD(原子层沉积)。你可以把这项技术想象成一层一层地堆积原子。原则上，只能堆叠一层原子，这已经可以在300毫米直径的晶片上轻松实现。与ALD相对应的是ALE(原子层刻蚀)，即只选择性刻蚀一层或几层原子。
有必要把膜厚控制的这么精确吗？当然是必须的。在关键步骤的制造中，往往是几层原子的厚度决定了晶体管的可靠性。(说到这里，我要吐槽一句，就因为那几层原子的差异，硅厂工程师反复更改制造方案)。可靠性是芯片生产中一个很重要的指标，也就是消费者理解的是否耐用。
无论是横向还是纵向的尺寸精度控制，归根结底还是在摩尔定律的指挥下进化。
碳纳米管的“鸟枪换炮”然而，摩尔定律总会有尽头。再小的尺寸，也只是一个原子。所以，再伟大的摩尔定律，也总会消亡。与其空感叹技术到时候就停了，不如现在就想办法解决。
有智者说摩尔定律的进化是基于硅基集成电路。如果能找到一种很酷的材料，通过替换硅晶体材料，可以继续提高晶体管的性能，比如碳纳米管。
碳纳米管的原子直径保证了器件具有优异的栅静电控制能力，更容易克服短沟道效应。许多理论研究也表明，碳纳米管器件在速度和功耗方面比硅基器件优越5-10倍。碳纳米管，完美六角形结构的同轴管，看起来很高科技。本来对碳纳米管这个概念材料是不屑一顾的，一直被“生化环材料”等专业人士热议。然而，2019年夏天，麻省理工学院与企业ADI公司合作，在《自然》杂志上搞了一个大新闻。他们真的用碳纳米管做了一个微处理器芯片，它成功执行了“Hello World”这个经典程序。微处理器芯片采用150mm晶圆生产线流水芯片，每片晶圆包含32个芯片。
这项研究的意义在于，证明了碳纳米管芯片的制造与半导体行业现有的硅片生产线是兼容的，生产出来的芯片是可用的。在这项研究中，碳纳米管构成了源极和漏极之间的导电通道。
从制造工艺步骤和执行的命令来看，这款微处理器芯片只是最初级的低端芯片，但毕竟还是让人看到了大规模生产碳纳米管芯片的曙光，具有重大的科学意义。芯片的生产过程
如果说碳纳米管给硅基集成电路带来了地震，那么别人提出的方案——它可能会杀死集成电路——集成光路。
在集成电路中，电是信息的载体，具体来说就是通过晶体管中电子的通断来实现操作。集成光路是利用光作为信息载体来实现运算功能。事实上，在20世纪80年代后期，光计算元件的体积、速度和功耗与电晶体管相当。然而，在2000年左右，电子晶体管取得了巨大的进步，将光学晶体管远远甩在了后面。
然而，光学操作并没有消亡。随着摩尔定律的逐渐放缓，科学家们想起了前人的美好，2010年左右光学操作的研究开始复苏。
经过几十年的碰壁和积累，业界已经逐渐认识到，让光操作完全取代电操作是不现实的。应该允许光计算做电计算不擅长或者做不了的事情，比如光互联。
随着现代芯片技术中金属互连之间的距离和尺寸的减小，更大的电阻和电容的引入将限制数据传输速率，这成为数据传输和处理速度的瓶颈，也成为核和芯片之间数据传输的瓶颈。如果采用光互连，有望实现高速低功耗。传统芯片中的密集金属线结构，电子在其中传输。
光互连技术可以简单理解为将金属线结构做成类似“光缆”的微通道，结合一些简单的光调制转换和计算模块，利用光实现超高速信号传输。
2015年，美国几个藤校在Nature上写了一篇文章，证明了光计算/光互连元件可以和电子晶体管集成在同一个芯片上。这种由IBM的45纳米晶圆生产线制造的光电集成芯片包含850个光学器件和7000万个晶体管。利用光互连，可以实现片上信号处理模块和存储模块之间的数据传输。这项前沿研究明确传达了这样一个信息:高集成度的光电集成芯片是完全可行的，其制造工艺与当今的硅半导体产业高度兼容。
该光电集成芯片的单芯片照片，与部分光学器件的微观结构总之，摩尔定律总有一天会走到尽头。任何能让摩尔定律继续延伸20-30年以上，或者从根本上创新芯片工作原理，颠覆性提升芯片性能的研究，都是有前途的，都是有功勋的。参考资料:
1.希尔斯湾；刘；赖特，a。富勒；主教，医学博士。茨韦塔纳·斯里马尼；坎海亚，p；何河；阿梅尔公司；由互补碳纳米管晶体管构成的现代微处理器。自然2019，
572 (7771), 595.
