作為整個(gè)計算機行業(yè)最重要的定律，摩爾定律一直像神一樣的預言一步步被驗證，在半導體技術(shù)的演進(jìn)道路上具有指導意義。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，若想在相同面積的晶圓下生產(chǎn)出同樣規格的芯片，隨著(zhù)制程技術(shù)的進(jìn)步，每隔一年半，芯片產(chǎn)出量就可增加一倍，換算為成本，即每隔一年半成本可以降低五成。

業(yè)界關(guān)于“摩爾定律”時(shí)代的終結正處于積極討論中，因為研究和實(shí)驗室的成本需求十分高昂，制程工藝在5nm時(shí)將接近半導體的物理極限，很難再縮小下去。抱著(zhù)這樣的疑問(wèn)，集微網(wǎng)記者專(zhuān)程奔赴南京，對FinFET技術(shù)發(fā)明人、FD-SOI工藝發(fā)明人、國際微電子學(xué)家胡正明教授進(jìn)行了獨家專(zhuān)訪(fǎng)，希望能為大家答疑解惑。
物理極限？

隨著(zhù)晶體管尺寸的縮小，源極和柵極的溝道不斷縮短，當溝道縮短到一定程度的時(shí)候，量子隧穿效應就會(huì )變得極為容易。換言之，就算沒(méi)有加電壓，源極和漏極都可以認為是互通的，晶體管就失去了本身開(kāi)關(guān)的作用，沒(méi)有辦法實(shí)現邏輯電路。從最新的半導體工藝技術(shù)路線(xiàn)圖來(lái)看，臺積電的10nm工藝預計今（2016）年底實(shí)現量產(chǎn)，7nm將延至2018年量產(chǎn)，5nm會(huì )成為極限嗎？

對此，胡正明教授表示，5nm指的是線(xiàn)寬問(wèn)題，這個(gè)數值未必代表著(zhù)極限。但就物理極限本身來(lái)說(shuō)，我們要接受“物理極限”的客觀(guān)存在，至于會(huì )不會(huì )是5nm節點(diǎn)很難說(shuō)。

一方面，我們總有辦法將半導體工藝的發(fā)展往前推。另一方面，5nm的意義已經(jīng)不夠清晰。在以往的技術(shù)中，我們可以通過(guò)測量線(xiàn)寬的方式去直觀(guān)的理解。但當工藝技術(shù)走進(jìn)14nm、10nm、7nm，線(xiàn)寬已然成為了一個(gè)標簽，到底有多小，是不是真的有條線(xiàn)在那里，會(huì )不會(huì )有比5更小的值出現我們不知道。但不可否認的是，想要把芯片的尺寸做小是有一定極限的，至于誰(shuí)先跑到極限，這不是我們該思考的問(wèn)題。性能、功耗、成本對于半導體從業(yè)人員來(lái)說(shuō)，為什么我們一直密切著(zhù)關(guān)心尺寸的變化？

這是因為單單靠著(zhù)尺寸縮小這一件事，我們就能夠把成本降低，提高性能，改進(jìn)功耗，但是尺寸不會(huì )永遠縮小。我們該通過(guò)什么辦法達到同樣的目標呢？答案肯定是有的。

同樣的一塊晶圓上，尺寸變小可以放進(jìn)去更多的晶片。當晶片尺寸到達極限時(shí)，怎樣才能放入更多的芯片呢？我們可以選擇向上發(fā)展。其實(shí)，FinFET技術(shù)除了解決晶體做薄后的漏電問(wèn)題，它的另一個(gè)好處是把晶片的內構從水平變成垂直，把二維變成三維。這就好比平房變高樓，我們可以在同樣的單位面積上放置更多的晶片。到目前為止，我們仍沒(méi)有好好的利用這一點(diǎn)，我們的Fin（thin-body）可以做的更高一些。

據胡正明教授對集微網(wǎng)透露，英特爾已經(jīng)將Fin（thin-body）做到第二代（generation），從30nm到40nm，未來(lái)的Fin值還會(huì )更高，我們已經(jīng)看到這個(gè)趨勢，在這個(gè)維度上已經(jīng)有公司走在路上。

除了將晶體管從二維變成三維，線(xiàn)路是不是也可以從二維變成三維呢？同樣的芯片為什么只能有一層線(xiàn)路？為什么不能夠做一層線(xiàn)路，加一層氧化物后再做一層線(xiàn)路呢？這就需要改變現有的半導體材料的技術(shù)。目前已經(jīng)有專(zhuān)家在將絕緣體/氧化層上加一層單晶的半導體，這是有辦法的，也是我們研究的方向。

以目前成果來(lái)說(shuō)，把線(xiàn)路層簡(jiǎn)單的疊加，只能夠改進(jìn)芯片的性能和功耗，卻做不到成本的降低。在成本支出上，將5-6層的線(xiàn)路疊加的費用上，遠大于平鋪這些線(xiàn)路時(shí)的支出。我們需要想出新的制造方法，在實(shí)現芯片性能和功耗改進(jìn)的同時(shí)，控制制造成本。

性能和功耗，就好比同一件事情的兩面性。想要減少功耗，最重要的一點(diǎn)就是將電壓降低。胡正明教授對集微網(wǎng)表示，在這個(gè)領(lǐng)域上，我們最近取得了一個(gè)突破，通過(guò)負電容晶體管設計的引進(jìn)，會(huì )將CMOS的電壓降低至0.4V、0.3V、甚至0.2V。因為負電容器件（鐵電材料）的引進(jìn)，在不同機制下可能會(huì )帶來(lái)速度限制的問(wèn)題，但胡正明教授指出到目前為止，它的限制還不會(huì )高過(guò)半導體晶體管的速度。

與以往先改善芯片、軟件隨后跟上的發(fā)展趨勢不同，業(yè)界提出了一種新的戰略——“超越摩爾定律”（More than Moore ），將首先看軟件——從手機到超級電腦再到云端的數據中心——然后反過(guò)來(lái)看要支持軟件和應用的運行需要什么處理能力的芯片來(lái)支持。胡正明教授指出，這是從性能、功耗和成本之外，從增加價(jià)值的角度來(lái)新增一個(gè)維度，“超越摩爾定律”做的就是將半導體的一切向三維的方向發(fā)展。

胡正明教授表示，半導體的發(fā)展并沒(méi)有進(jìn)入尾聲，事實(shí)上它還有一百年的榮景在。全世界需要越來(lái)越多的智慧器件，除半導體外，目前還看不到有其他技術(shù)能夠提供這些智慧器件。即便在磁和光的方向有突破，我相信新的技術(shù)也會(huì )被半導體產(chǎn)業(yè)并購并加以吸收。因為只有半導體有這樣的資本，將新技術(shù)制造、設計和推廣的能力，小的突破是很容易被大的產(chǎn)業(yè)吸收的。

特別對于半導體從業(yè)人員，胡正明教授希望大家保持信心，產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步需要我們通過(guò)不斷的改進(jìn)，過(guò)去五十年是這樣走過(guò)來(lái)的，相信未來(lái)五十年也會(huì )這樣走下去。