Содержание
- Исполнительное резюме: Состояние производства передовых транзисторов на нанопроводах в 2025 году
- Ключевые технологические инновации, влияющие на производительность транзисторов на нанопроводах
- Крупные игроки отрасли и их стратегические инициативы
- Проблемы производства и решения для устройств следующего поколения на нанопроводах
- Достижения в материаловедении: За пределами кремния для улучшенных транзисторов на нанопроводах
- Размер рынка, сегментация и прогнозы до 2030 года
- Новые приложения: ИИ, IoT, квантовые технологии и краевые вычисления
- Конкурентная среда и тренды в области интеллектуальной собственности
- Устойчивое развитие и воздействие на окружающую среду производства на нанопроводах
- Будущая перспектива: Дорожная карта для принятия транзисторов на нанопроводах и трансформации отрасли
- Источники и ссылки
Исполнительное резюме: Состояние производства передовых транзисторов на нанопроводах в 2025 году
Пейзаж производства передовых транзисторов на нанопроводах в 2025 году отражает значительные технологические достижения и стратегические инициативы в отрасли, направленные на расширение границ масштабирования полупроводниковых устройств. Транзисторы на нанопроводах, особенно FET с полным контролем в окружении (GAA), использующие горизонтальные или вертикальные каналы из нанопроводов, теперь находятся на переднем крае архитектур логических устройств следующего поколения. Их уникальная геометрия обеспечивает улучшенный электростатический контроль, сокращение эффектов короткого канала и потенциал для дальнейшего миниатюризации, выходящей за пределы возможностей традиционных FinFET.
Ведущие полупроводниковые фабрики, такие как Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) и Samsung Electronics, ускорили интеграцию технологий нанопроводов и нанооблицовок в свои продвинутые дорожные карты. В 2022 году Samsung Electronics объявила о серийном производстве транзисторов класса 3 нм, использующих нанопроводы вместо строгих структур нанопроводов, но это подготовило почву для дальнейшего принятия нанопроводов по мере продвижения к масштабированию. TSMC обозначила планы по коммерциализации технологии GAA на уровне 2 нм, с началом пилотного производства в 2025 году и ожиданием полномасштабного производства к 2026 году. Эти инициативы обозначают переходный момент, когда устройства на основе нанопроводов и нанооблицовок начинают заменять традиционные FinFET для передового логического дизайна.
Поддерживая этот импульс, поставщики оборудования, такие как ASML Holding и Lam Research, представили передовые инструменты литографии и атомно-слойной травки, необходимые для производства характеристик нанопроводов с размерами менее 10 нм и высокими аспектными соотношениями. Принятие экстремальной ультрафиолетовой (EUV) литографии, поддерживаемой ASML Holding, является ключевым фактором для паттернизации плотных расстояний, необходимых для архитектур на нанопроводах. Тем временем компании по производству материалов, такие как DuPont, поставляют новые высококачественные диэлектрики и металлы для рабочих функций, оптимизируя каскады затворов для производительности и надежности на наноуровне.
В 2025 году остаются ключевые проблемы, связанные с выходом, изменчивостью и сложностью интеграции, особенно по мере того, как отрасль приближается к серийному производству устройств под 3 нм. Совместные консорциумы и альянсы в области НИОКР, часто с участием таких организаций, как imec, продолжают способствовать прогрессу в контроле процессов, снижении изменчивости и минимизации дефектов. Первые данные о устройствах показывают, что транзисторы на нанопроводах могут обеспечивать до 25-30% повышения тока утечки и улучшенный подступ к порогу по сравнению с эквивалентными FinFET, с существенными приростами как в энергоэффективности, так и в плотности упаковки.
Смотрев вперед, ожидается, что в следующие несколько лет произойдет более широкая коммерциализация транзисторов на нанопроводах, с объединением передовых производственных экосистем вокруг этих архитектур. Слияние инноваций в паттернизации, материалах и метрологии будет критически важным для реализации полного потенциала транзисторов на нанопроводах, поскольку отрасль нацеливается на уровень 2 нм и далее, формируя будущее направление производительности полупроводников, масштабирования и областей применения.
Ключевые технологические инновации, влияющие на производительность транзисторов на нанопроводах
В 2025 году производство передовых транзисторов на нанопроводах испытывает быстрый прогресс, вызванный слиянием прорывных материаловедческих достижений и оптимизаций процессов проектирования. Среди самых трансформирующих новшеств — принятие архитектур с полным контролем в окружении (GAA), которые используют вертикально или горизонтально выровненные нанопроводы, чтобы максимизировать электростатический контроль и позволить дальнейшее масштабирование транзисторов за пределы ограничений традиционных конструкций FinFET. Ведущие производители полупроводников публично подтвердили, что транзисторы на нанооблицовках и нанопроводах GAA входят в узлы массового производства (HVM), с тем, что Samsung Electronics и Intel Corporation сначала объявила о платформах с процессами на основе GAA, нацеленными на 3 нм и ниже.
Производство этих передовых устройств на нанопроводах поддерживается инновациями в эпитаксиальном росте, селективной травке и технологиях атомного слоя осаждения (ALD). Селективная эпитаксия позволяет точно формировать нанопроводы III-V на кремниевых подложках, облегчая интеграцию материалов с высокой подвижностью каналов. IMEC, ведущий центр НИОКР в области микроэлектроники, продемонстрировал масштабируемые процессы для вертикального укладки нескольких нанопроводов, значительно увеличивая ток утечки без увеличения площади устройства. Тем временем, передовые процессы ALD позволяют создавать ультратонкие, конформные диэлектрики и металлические затворы, что критически важно для уменьшения утечек и повышения надежности устройства на размерах менее 5 нм.
Еще одним ключевым нововведением является усовершенствование методов производства «снизу вверх» по сравнению с «сверху вниз». Паттернизация сверху вниз, используя экстремальную ультрафиолетовую (EUV) литографию и анизотропную травление, позволяет определять структуры нанопроводов непосредственно из массовых пластинок. Этот подход быстро внедряется поставщиками оборудования, такими как ASML Holding, чьи инструменты EUV литографии являются неотъемлемой частью паттернизации функций ниже 10 нм. Параллельно исследуются методы «снизу вверх», в которых нанопроводы растут из катализаторов или шаблонов, для нишевых прикладных задач, требующих строго контроля кристаллической ориентации или гетероструктур, при этом компании, такие как STMicroelectronics, инвестируют в платформы гибридной интеграции.
Смотря вперед, ожидается, что в следующие несколько лет мы увидим дальнейшие достижения в производстве транзисторов на нанопроводах благодаря разработке новых материалов каналов (таких как Ge, SiGe и сплавы III-V), улучшенной интеграции процессов для многослойных устройств и более умной метрологии для управления производством. Поскольку отрасль движется за пределы 2025 года, эти технологические инновации станут основой для дальнейшего масштабирования логических и память устройств, поддерживая приложения с высокопроизводительными вычислениями и низкомощными краевыми системами.
Крупные игроки отрасли и их стратегические инициативы
Поскольку глобальное масштабирование полупроводников приближается к атомным размерам, ведущие игроки отрасли ускоряют инвестиции и сотрудничество в области производства передовых транзисторов на нанопроводах. В 2025 году гонка за коммерциализацию архитектур транзисторов GAA и вертикальных нанопроводов усиливается, подстегнутая спросом на более высокую производительность устройств, энергосбережение и плотность на узлах обработки меньше 3 нм.
Среди лидеров, Samsung Electronics занимает видное положение, приступив к массовому производству своего 3-нм процесса GAA в 2022 году и расширяя свою дорожную карту транзисторов на основе нанопроводов на будущие годы. Их дизайн FET Multi-Bridge-Channel (MBCFET) использует сложенные нанооблицовки и нанопроводы для достижения лучшего контроля затвора и уменьшения утечек, что критично для приложений, ориентированных на данные и ИИ. Текущие инвестиции Samsung в специализированные фабрики и партнерство с клиентами по производству сигнализируют о стратегической приверженности к дальнейшему масштабированию с технологиями на основе нанопроводов и нанооблицовок.
Intel Corporation, еще один крупный игрок, представила свое движение к технологии RibbonFET, своей проприетарной архитектуре GAA транзисторов, запланированной для массового производства в 2025-2026 годах. RibbonFET использует нанооблицовочные каналы, подобные нанопроводам, позволяя улучшенный электростатический контроль на 2 нм и ниже. Стратегический план Intel «пять узлов за четыре года» включает значительное распределение капитала для новых фабрик в США и Европе, с акцентом на внедрение линий транзисторов на нанопроводах для поддержки будущего лидерства в процессах и услуг в производстве.
Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) остается центром экосистемы, используя свою обширную сеть фабрик для разработки и масштабирования транзисторов с использованием нанооблицовок и перспективных нанопроводов. С 2025 года платформа TSMC на 2 нм использует GAA с нанооблицовками, с продолжаемыми НИОКР в области интеграции вертикальных нанопроводов для узлов следующего поколения. Сотрудничество TSMC с поставщиками оборудования и инноваторами материалов поддерживает ее способность решать сложные задачи, связанные с формированием однородных нанопроводов, интеграцией высококачественных/металлических затворов и передовой паттернизацией.
Ключевые поставщики оборудования и материалов, такие как ASML (литография), Lam Research (травление и осаждение) и Applied Materials (технология процессов), позволяют эти достижения, предоставляя точные инструменты, необходимые для определения и интеграции нанопроводов. Их продолжающееся сотрудничество с производителями устройств имеет жизненно важное значение для преодоления узких мест в масштабировании и обеспечения жизнеспособности транзисторов на нанопроводах в массовом производстве.
Смотрев вперед, стратегические инициативы этих лидеров отрасли, помеченные партнерствами в экосистемах, совместной разработкой технологий и агрессивным увеличением капитала, приведут к зрелости и коммерциализации передовых транзисторов на нанопроводах, влияя на вычисления, ИИ и коммуникационные сектора в течение следующих нескольких лет.
Проблемы производства и решения для устройств следующего поколения на нанопроводах
Переход к производству передовых транзисторов на нанопроводах имеет решающее значение для поддержания Закона Мура и обеспечения дальнейшего масштабирования в полупроводниковой отрасли. По мере того как сектор входит в 2025 год, проблемы производства устройств следующего поколения на нанопроводах стоят на переднем плане исследований и промышленных дорожных карт, особенно по мере того, как крупные фабрики нацеливаются на архитектуры транзисторов с полным контролем в окружении (GAA) на технологическом узле 2 нм и ниже.
Основная проблема заключается в точном формировании и контроле однородности нанопроводов, часто изготовленных из кремния или III-V соединений полупроводников. Поддержание постоянной ширины, высоты и расстояния между нанопроводами критично для производительности и выхода устройства, но изменения в процессе при литографии и травлении вводят изменчивость. Современные системы литографии EUV, доступные от ASML, теперь сочетаются с техниками травления и осаждения на атомном уровне, чтобы решить эти требования. Однако сложность интеграции возрастает с каждым дополнительным слоем нанопроводов, вызывая беспокойство относительно дефектности, производительности и стоимости.
Еще одним значительным препятствием является селективный эпитаксиальный рост материалов канала и формирование ультратонких диэлектриков затворов вокруг окружности нанопровода. Лидеры в области атомного слоя осаждения и передовых материалов, такие как Applied Materials, представили специализированное оборудование для осуществления конформных покрытий и точных профилей легирования, необходимых для высокомобильных каналов и минимизации утечек. Тем не менее, по мере уменьшения длины затворов ниже 20 нм даже атомарные дефекты могут ухудшать надежность устройств, требуя новых решений метрологии и непрерывного мониторинга процессов.
Сопротивление контакта и паразитные эффекты становятся все более проблематичными по мере уменьшения размеров нанопроводов, что требует нововведений в области металлизации и проектирования контактов. TSMC и Samsung Electronics инвестируют в новые схемы силицидов и металлических сплавов, которые предлагают более низкое сопротивление и лучшую совместимость с узкими геометриями нанопроводов. Отрасль также изучает схемы интеграции «снизу вверх» и селективного осаждения для снижения паразитной емкости и обеспечения более компактных компоновок.
Смотрев вперед, прогноз для производства передовых транзисторов на нанопроводах в следующие несколько лет является оптимистичным, но зависит от решения этих проблем производства. Консорциумы, такие как imec, партнерствуют с ведущими поставщиками оборудования и фабриками, чтобы создать прототипы платформ двойного слоя GAA/нанопровода, сосредоточившись на интеграции процессов, повышении выхода и снижении затрат. По мере того как пилотное производство возрастает с 2025 года и далее, решения, разработанные для однородности нанопроводов, передовых материалов и новых схем контактов, ожидается, что перейдут в стандартное производство полупроводников, прокладывая путь для более агрессивного масштабирования и новых парадигм устройств.
Достижения в материаловедении: За пределами кремния для улучшенных транзисторов на нанопроводах
Стремление превзойти ограничения кремниевых транзисторов ускорило инновации в области материаловедения, особенно для производства транзисторов на нанопроводах. В 2025 году и в ближайшем будущем фокус усиливается на соединениях полупроводников и гетероструктурах для повышения производительности устройств, энергосбережения и масштабируемости.
Соединения III-V, такие как арсенид индия-галлия (InGaAs) и нитрид галия (GaN), все активнее используются в транзисторах на нанопроводах благодаря своей высокой подвижности носителей по сравнению с кремнием. Intel Corporation продолжает публиковать достижения в области архитектур транзисторов GAA с использованием этих материалов, обещая значительные приросты в скорости переключения и сокращении потребления энергии. В 2024 году сообщения о демонстрационных устройствах, содержащих нанопроводы InGaAs с длиной затвора менее 10 нм, показали более высокие токи утечки и более низкие эффекты короткого канала, чем эквивалентные кремниевые устройства.
Аналогичным образом, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) и Samsung Electronics увеличивают исследования ненанокремниевых материалов канала, нацеливаясь на пилотное производство в течение следующих нескольких лет. Например, дорожная карта TSMC включает исследования ранних этапов интеграции для канала из Ge/SiGe (германия/кремние-германиевый) на нанооблицовках, которые обещают повышенную производительность транзисторов типа p. Samsung также активно исследует транзисторы FET на нанопроводах и нанооблицовках как преемников FinFET, причем инновации в материалах составляют центральный аспект их амбиций на узле менее 3 нм.
Еще одной значительной тенденцией является интеграция двумерных (2D) материалов, таких как дихалькогениды переходных металлов (TMD), в структуры нанопроводов. Хотя пока это в основном находится на стадии исследований, ведущие поставщики, такие как Applied Materials, разрабатывают решения для осаждения и травления, совместимые с гибридной нанооблицовкой 2D/III-V, что облегчает контроль толщины на атомном уровне и минимизацию дефектов. Эта точность имеет важное значение для устройств следующего поколения, нацеленных на ультранизкое утечку и высокую масштабируемость.
Смотрев вперед, ожидается, что принятие материалов за пределами кремния ускорится по мере того, как миниатюризация устройств приблизится к физическим и экономическим ограничениям для традиционного кремния. Создание селективного роста, осаждения на атомном уровне и передовых инструментов метрологии позволит производителям лучше контролировать состав и качество интерфейсов в мультиматериальных транзисторах на нанопроводах. По мере индустриализации этих возможностей, лидеры отрасли ожидают коммерческого внедрения передовых транзисторов на нанопроводах с использованием новых платформ материалов в высокопроизводительных и низкомощных приложениях до конца десятилетия.
Размер рынка, сегментация и прогнозы до 2030 года
Рынок производства передовых транзисторов на нанопроводах готов к robust росту в 2025 году и в последующие годы, подстегнутый растущим спросом на высокопроизводительные, энергоэффективные полупроводники в приложениях, таких как логические устройства следующего поколения, датчики и квантовые вычисления. Поскольку традиционное масштабирование плоских транзисторов подходит к своим физическим и экономическим ограничениям, архитектуры транзисторов на основе нанопроводов, такие как FET с полным контролем в окружении (GAA), emerged как ведущий голос. Лидеры отрасли, включая Intel Corporation, Samsung Electronics и Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), осуществили значительные инвестиции в НИОКР и пилотный запуск технологий транзисторов на нанопроводах в своих продвинутых дорожных картах.
В 2025 году глобальный размер рынка для производства передовых транзисторов на нанопроводах оценивается в несколько сотен миллионов долларов США, с потенциалом превышения 2 миллиардов долларов США к 2030 году, по мере ускорения принятия в логических, памяти и новых приложениях. Рынок сегментирован по типу устройства (FET GAA, вертикальные FET на нанопроводах, гибриды FinFET-нанопроводов), систем материала (кремний, соединения III-V, германий) и конечным секторам использования (потребительская электроника, автомобилестроение, промышленный IoT, центры обработки данных и квантовые технологии). Сегмент логических полупроводников—движимый спросом на ИИ и высокопроизводительные вычисления—обладает наибольшей долей, благодаря интеграции транзисторов на нанопроводах на подзаемных узлах 3 нм и меньше.
К 2025 году несколько фабрик и производителей интегрированных устройств (IDM) ожидается, что начнут рискованное производство GAA транзисторов на нанопроводах. Например, Samsung Electronics объявила о начале массового производства для своего 3-нм процесса GAA в 2022 году, с более широким увеличением объемов и распространением клиентов, запланированным на 2025 год. Intel Corporation также наметила планы по внедрению RibbonFET (типа транзистора GAA) на уровнях процесса Intel 20A и 18A между 2024 и 2025 годами, нацеливаясь как на внутренних, так и на внешних клиентов. TSMC ожидается, что также последует со своей собственной технологией GAA с нанооблицовками, которая должна вступить в рискованное производство около 2025 года.
Конкурентная среда также формируется поставщиками оборудования и материалов, такими как ASML Holding (литографические системы) и Lam Research Corporation (травление и осаждение на атомном уровне), которые увеличивают свою продукцию, чтобы решить ультра-микроточные функции и сложные архитектуры, требуемые для устройств на нанопроводах.
До 2030 года прогноз для производства транзисторов на нанопроводах является крайне положительным, с ожидаемым расширением в более массовую продукцию потребительской электроники, автомобильной электроники и промышленных приложений. Поскольку зрелость производства улучшается и затраты снижаются, транзисторы на нанопроводах, вероятно, станут основной частью передовых логических и память продуктов, отмечая важный сдвиг в технологической дорожной карте полупроводниковой отрасли.
Новые приложения: ИИ, IoT, квантовые технологии и краевые вычисления
Производство передовых транзисторов на нанопроводах готово значительно повлиять на новые технологические области, такие как искусственный интеллект (ИИ), Интернет вещей (IoT), квантовые вычисления и краевые вычисления в течение 2025 года и последующих лет. Уникальная геометрия и электростатический контроль, предлагаемый транзисторами на нанопроводах, позволяют значительно снизить потребление энергии и масштабирование устройств, что критично для этих приложений, требующих большого объема данных.
В аппаратном обеспечении ИИ транзисторы на нанопроводах интегрируются в нейроморфные вычислительные архитектуры, где их трехмерная структура и управляемость множественными затворами позволяют создавать более плотные синаптические массивы и улучшенную энергоэффективность. Компании, такие как Intel, активно исследуют транзисторы на нанопроводах GAA—предполагаемые для массового производства в высокопроизводительных ИИ чипах после 2025 года—нацеливаясь на преодоление ограничений технологии FinFET для ускорителей глубокого обучения. Эти инновации удовлетворяют потребность в более быстром и эффективном извлечении данных как в облачных узлах, так и на краевых узлах.
Для IoT, ультранизкие токи утечек и минимальная энергия переключения транзисторов на нанопроводах поддерживают увеличенное время работы от батареи в распределенных датчиках. TSMC и Samsung Electronics обе подтвердили продолжающееся пилотное производство GAA на основе нанооблицовок и транзисторов на нанопроводах на узлах меньше 3 нм, с объемным производством, ожидаемым в ближайшие несколько лет. Это позволит компактным, высоко интегрированным SoC для IoT конечных устройств, облегчающим обработку данных в реальном времени и беспроводное соединение в ограниченных условиях.
Квантовые вычисления также будут получать пользу от передового производства на нанопроводах, поскольку эти структуры могут выступать в качестве носителей квантовых точек и сверхпроводящих элементов. Исследовательские группы в партнерстве с ведущими фабриками, такими как IBM, демонстрируют устройства-кубиты на основе кремниевых нанопроводов, которые показывают обещания для масштабируемых квантовых процессоров. Воспроизводимость и совместимость с CMOS методов производства на нанопроводах ускоряют переход от прототипов на лабораторной основе к производимым квантовым компонентам.
В области краевых вычислений возможность транзисторов на нанопроводах функционировать на ультранизких напряжениях с высокими токами утечки является критически важной для распределенного извлечения ИИ и анализа данных рядом с источниками данных. Эта тенденция поддерживается инициативами со стороны полупроводниковых производителей, таких как GlobalFoundries, которые исследуют технологии нанопроводов и нанооблицовок для процессоров следующего поколения.
Прогноз на 2025 год и далее свидетельствует о том, что по мере масштабирования производства транзисторов на нанопроводах передовые синергетические достижения в ИИ, IoT, квантовых вычислениях и краевых вычислениях будут реализованы—обеспечивая новые архитектуры устройств и вычислительные парадигмы, которые ранее были недостижимы с помощью традиционных дизайнов транзисторов.
Конкурентная среда и тренды в области интеллектуальной собственности
Конкурентная среда для производства передовых транзисторов на нанопроводах быстро усиливается в 2025 году, вызванная растущим спросом на высокопроизводительную, энергоэффективную электронику и активным преследованием технологий полупроводников следующего поколения. Основные производители полупроводников, такие как Intel и Samsung Electronics, активно развивают свои исследования и разработки в области архитектур транзисторов на нанопроводах, часто называемых GAA FET. Эти усилия направлены на преодоление ограничений в масштабе традиционных FinFET и позволяют добиться узлов технологии 3 нм и меньше для логических и память устройств.
Заметным подтверждением этой тенденции является публичное раскрытие производственных дорожных карт, содержащих транзисторы на основе GAA и нанопроводов для массового производства к 2025-2027 годам. Samsung Electronics уже объявила о начале технологии процесса GAA на 3 нм, занимая ведущую позицию в гонке транзисторов на нанопроводах. Тем временем Intel продвигается с дизайном RibbonFET—вариантом эстетики GAA на нанопроводах—нацеливаясь на внедрение в своем технологическом узле «Intel 20A», который ожидается в производстве в следующем году.
На фронте интеллектуальной собственности (IP) наблюдается заметное увеличение заявок на патенты, связанных с синтезом нанопроводов, интеграцией устройств и инновациями процессов с 2022 года. Патентные базы данных показывают резкий рост активности как от устоявшихся IDMs и фабрик, также как и от ключевых поставщиков материалов и оборудования, таких как Applied Materials и Lam Research. Эти компании защищают свои патенты вокруг атомного слоя осаждения, селективного травления и метрологии, необходимых для производства на нанопроводах. Конкурентный патентный ландшафт также формируется проактивными подачами от исследовательских консорциумов и частно-государственных партнерств, особенно в Азии и США.
Смотрев вперед, в следующие несколько лет ожидается еще больше консолидированности портфелей IP и стратегических сделок по взаимной лицензии, по мере того как компании стремятся к свободе осуществления и избегают рисков судебных разбирательств. С новыми участниками, включая восходящие безфабричные стартапы и университетские спин-оффы, ландшафт может стать более динамичным, при этом сотрудничество и лицензионные соглашения будут служить ключевыми рычагами для распространения технологий. Быстрый темп инноваций в секторе и сложность производства транзисторов на нанопроводах, вероятно, будут поддерживать высокий уровень активности и конкуренции в области IP на протяжении оставшейся части десятилетия.
Устойчивое развитие и воздействие на окружающую среду производства на нанопроводах
Устойчивость и воздействие на окружающую среду производства передовых транзисторов на нанопроводах становятся все более важными, поскольку полупроводниковая отрасль раздвигает границы миниатюризации. В 2025 году основные производители интегрируют экологически чистые практики и оценку жизненного цикла в свои стратегии производства для решения экологических проблем, связанных с сложными процессами на нанопроводах.
Одной из значительных проблем в области устойчивости является использование критически важных сырьевых материалов и химикатов, таких как высокочистые прекурсоры и травители, которые могут способствовать истощению ресурсов и образованию опасных отходов. Такие компании, как Intel и TSMC, инвестируют в системы управления химическими веществами замкнутого цикла для снижения потребления и выбросов этих материалов в окружающую среду. Например, Intel обязалась достичь положительного баланса по воде и нулевых отходов на свалки на своих фабриках к 2030 году, с промежуточными целями на 2025 год, что оказывает непосредственное влияние на производство транзисторов на нанопроводах.
Энергоэффективность—это еще один важный аспект, поскольку передовое производство на нанопроводах требует тщательно контролируемой среды и точных методов осаждения, таких как атомное слойное осаждение (ALD) и химическое осаждение (CVD), которые являются энергоемкими. TSMC поставила агрессивные цели по использованию 100% возобновляемой энергии в своих глобальных операциях к 2050 году, и начиная с 2024 года уже значительная доля энергии поступает от возобновляемых источников, с целями повышения уровня в 2025 году. Внедрение энергоэффективного оборудования и оптимизация процессов на всех производственных линиях помогают уменьшить углеродный след на один вафер.
Сокращение отходов и переработка также привлекают внимание. Использование передовых технологий фильтрации и систем возврата для процессных химикатов и воды стало стандартом среди ведущих фабрик. Например, Samsung Electronics сообщает о постоянных улучшениях в уровнях переработки процессной воды и растворителей на своих полупроводниковых фабриках, нацеливаясь на почти полную переработку к середине 2020-х годов. Кроме того, восстановление и повторное использование редких и драгоценных металлов из процессных остатков получает популярность в рамках более широкой инициативы циркулярной экономики.
Смотрев вперед, ожидается, что сотрудничество на уровне отрасли по экологически чистым стандартам производства ускорится, при этом организации, такие как Semiconductor Industry Association, будут продвигать лучшие практики и отчеты, специфичные для технологий транзисторов на нанопроводах. По мере усиления регуляторного давления и спроса покупателей на более устойчивую электронику, экологическая ответственность производства на нанопроводах останется ключевой, способствуя дальнейшим инновациям в области химии процессов, использования материалов и управления ресурсами в течение следующих нескольких лет.
Будущая перспектива: Дорожная карта для принятия транзисторов на нанопроводах и трансформации отрасли
Дорожная карта для производства передовых транзисторов на нанопроводах в 2025 году и последующие годы обозначена слиянием технического прогресса, стратегий масштабирования и согласования отрасли на пути к логическим и память устройствам следующего поколения. Поскольку полупроводниковая отрасль приближается к физическим и экономическим ограничениям традиционных плоских и FinFET архитектур, транзисторы на нанопроводах—особенно конструкции с полным контролем в окружении (GAA)—приобрели важность благодаря своем превосходному электростатическому контролю, масштабируемости и энергоэффективности.
Ключевые игроки в глобальной полупроводниковой экосистеме публично обозначили агрессивные сроки для принятия транзисторов на основе нанопроводов на продвинутых узлах. Samsung Electronics инициировала массовое производство транзисторов с нанопровода GAA на уровне технологии 3 нм в середине 2022 года, и компания объявила о планах дальнейшей доработки этих архитектур для уровня 2 нм к 2025 году. Эти усилия включают в себя передовую интеграцию процессов, такие как селективная эпитаксия и атомно-слойное травление, для достижения более плотных длины затворов и однородных размеров нанопроводов. Аналогичным образом, Intel Corporation обязалась внедрить свой RibbonFET (форму транзистора GAA с нанооблицовками) на уровне Intel 20A, предполагаемом на конец 2024 года—2025 года, которая предназначена для обеспечения улучшенного тока утечки и уменьшения утечек для высокопроизводительных и мобильных приложений.
Инновации в материалах—это центральный аспект будущего производства транзисторов на нанопроводах. Сотрудничества между производителями устройств и химическими поставщиками, такими как DuPont и BASF, усиливаются для разработки новых высококачественных диэлектриков, металлов с низким сопротивлением контактов и химии селективного осаждения, необходимые для однородного и воспроизводимого формирования нанопроводов. Поставщики оборудования, такие как Lam Research и ASML, продолжают раздвигать границы атомного точного травления и экстремальной ультрафиолетовой (EUV) литографии, которые критически важны для производительности плотных масс нанопроводных массивов и подача размеров затворов меньше 20 нм.
Усилия по стандартизации и поддержка экосистем также ускоряются. SEMI, глобальная ассоциация отрасли, организует рабочие группы для решения проблем, связанных с контролем процессов, управлением выходом и стандартами надежности, специфичными для структур на нанопроводах и GAA. Эти совместные инициативы направлены на обеспечение совместимости между платформами оборудования и материалами, что облегчает более плавный переход для фабрик и безфабричных компаний.
Смотрев вперед, отрасль ожидает, что к 2026-2028 годам технологии транзисторов на нанопроводах будут распространяться за пределы флагманских логических узлов в массы продукции потребительской и краевой электроники, поскольку зрелость процессов и выход улучшится. Синергия между масштабированием устройств, гетерогенной интеграцией и устойчивым производством, скорее всего, приведет к более широкой трансформации цепочки поставок полупроводников, обеспечивая новые вычислительные парадигмы и поддерживая потребности искусственного интеллекта, 5G/6G и передовой автомобильной электроники.
Источники и ссылки
