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【瑞森课堂】半导体常说的7nm是指什么?
發布日期:2020-09-25     閱讀:72


在电子产品领域当中,芯片的重要性不言而喻,一款好的芯片对电子产品的品质起着决定性作用,正如苹果手机的芯片以及中国华为手机的麒麟芯片等,一个科技产品公司只有掌握了真正的核心科技,才能屹立在行业中,成为行业标杆。

 

而产品研发生产商打广告时,总是喜欢在芯片前面加上几nm,表示科技含量高,最常见的就是7nm。7nm 到底指的是什么呢?


芯片实际上是在硅片上制造的高度集成的电路,里面集成了数十亿个晶体管,要想将那么多的晶体管做到极小面积的硅片之上,就需要每个晶体管的体积足够小,电路的导线足够细,我们所讲的5nm或者7nm就是指晶体管的宽度或者叫做线宽(CD)。


7nm芯片中的7nm也被称为栅长,简单来说指的是CPU的上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度为7nm


详细解释如下:

电流从Source(源极)

流入Drain(漏级)

Gate(栅极)相当于闸门,主要负责控制两端源极和漏级的通断。

 

电流会损耗,而栅极的宽度则决定了电流通过时的损耗,表现出来就是手机常见的发热和功耗,宽度越窄,功耗越低。而栅极的最小宽度(栅长),就是XX nm工艺中的数值。

 

芯片行业中制程工艺的每一次提升,带来的都是性能的增强和功耗的降低,而每一款旗舰手机的发布,常常与芯片性能的突破离不开关系。


7nm工艺制作难度

在讨论7nm制程难度的时候,我们需要普及一个量子力学上的概念,这样子可以有助于我们理解为什么低制程的成本急剧提升,那就是量子隧穿效应。

 

在量子力学里,量子隧穿效应指的是,像电子等微观粒子能够穿入或穿越位势垒的量子行为,尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。在经典力学里,这是不可能发生的,但使用量子力学理论却可以给出合理解释。

 

如果通俗点来讲,就是说制程工艺到一定程度下,电路与电路之间的距离降低到一定程度就会出现量子隧穿效应,这些电子呈现的是一种我们所不知道的规律进行运动,于是这些不可控制的电子造成了半导体的漏电率急剧上升,有太多的能源被浪费在控制电子运动上,自然不能发挥晶体管应该有的性能,宏观上表现为处理器的发热量增加,但是性能没有太大的变化。因此,曾经也有媒体报道过7nm制程工艺最逼近硅基半导体工艺的物理极限。后来,媒体又报导,7nm工艺并非半导体工艺的极限,后面还依次有5nm工艺、3nm工艺,且5nm工艺、3nm工艺并没有突破硅材料半导体工艺的极限。


每一次升级都要打怪!

让我们来看看升级的路上都有哪些BOSS?

1号BOSS——光刻机(贼贵贼贵)

缩小晶体管真的是一个非常之艰难的事情。首先面临的难题就是光刻技术,就是说机器本身到底能不能准确的做出我想要的东西。如果看了介绍MOSFET的就知道,它是由硅衬底,掺杂形成的D端S端,金属加上氧化物的G端组成的,想要做出来一个晶体管要解决的一个问题就是我怎么能把这些材料放在他该放的地方,这就是光刻想要解决的问题。


2号BOSS——晶体管的结构

对于一个理想的晶体管,我希望在我的电压低于阀值电压时,他关的死死的,也就是漏电电流是0,但是当我的电压高于阀值电压的时候,电流瞬间饱和(特别像家长理想中的孩子,上学的时候就乖乖听话,毕业当天即刻长大)。


摩尔定律不是定律,而是机遇!

摩尔定律指的是当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。


尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪,摩尔定律仍应该被认为是观测或推测,而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020(也就是今年台积电研发2nm成就了新摩尔定律)

 

芯片领域从10nm过渡到7nm,进而逐渐迈向2nm,每一次进步都伴随着芯片性能的极大提升,据计算,芯片每前进1nm,性能将提升30%-60%,尺寸越小意味着在相同的面积之内可以储存更多的晶体管,从而达到快的运行速度,进而也可以降低能耗。



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瑞森半导体

     REASUNOS瑞森半导体起步于2007年,是一家致力于功率半导体电子元器件研发与销售的高新技术型企业。2013年注册成立广东瑞森半导体科技有限公司,总部设在东莞天安数码城园区,同时设有张家港研发中心、台湾研发中心、日本产品验证中心,公司研发团队主要来自台湾、日本及内地顶尖技术精英。
     瑞森半导体依靠专业的自主研发能力和强大的制造能力,已获多项知识产权和实用新型专利,每年为行业提供了超500KK性能卓越的半导体产品,全系列产品符合RoHS、REACH环保要求,并通过第三方认证。现有产品包括高压MOSFET,低压MOSFET,超结MOSFET,集成快恢复(FRD)高压MOS,碳化硅MOSFET,碳化硅肖特基,IGBT, Low VF肖特基及系列二、三极管,桥堆等,瑞森半导体已经成为全球开关电源、绿色照明、电机驱动、汽车电子、新能源充电桩、太阳能设备、数码家电、安防工程等行业长期合作伙伴,产品远销国内外。

   “成就客户的成功”是瑞森坚守的商业原则,我们始终坚持主动了解客户需求,通过不断研发创新,竭诚为客户提供绿色、节能、高效的功率半导体產品和解决方案,为客户的成功提供强力支撑。展望未来,将紧密结合市场热点,推出更有竞争力的产品和整体解决方案。


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