光刻机的理论极限（光刻物理极限）

我国的光刻机5纳米生产技术要多久才能突破？

月初一条“中科院5nm激光光刻技术突破”的新闻火了，在很多无良自媒体的口中这则新闻完全变了味，给人的感觉像是中国不久将会拥有自己的5nm光刻机，其实真实情况完全不是一回事。下面我们就来谈谈这则新闻真实的内容到底是什么，以及中国光刻机5nm生产技术还要多久才能取得突破。

中科院5nm的光刻技术和光刻机关系不大其实“中科院5nm激光光刻技术突破”的新闻来源是在中科院网站上的一篇论文，文章的主要内容其实是讲微纳加工领域里的一个进展，中心思想是超高精度的无掩模的激光直接刻写。由于文章中采用了一个叫“lighography”的词，这个直接翻译过来就是光刻的意思。再加上5nm这个数值，很容易让人联想到的是中科院在5nm的光刻机上取得突破。由于一些自媒体翻译错误以及想要煽动公众情绪获取大量的流量，于是这个错误的新闻就得到了大量的传播转发，进而误导了不少关心中国光刻机发展的朋友。

论文和完全商用是两码事其实就算论文讲的真是在光刻机领域取得的突破，但是想要完全商用并不容易。前段时间“碳基芯片”这个概念也上了一阵子热搜，碳基芯片具有成本更低、功耗更小、效率更高等优点，并且在未来可能用于我们的手机或者电脑的芯片方面。为什么热度没有能够持续下去？最主要的原因还是因为它的商用遥遥无期。碳基芯片现在还是停留在实验室阶段，想要完全商用最起码要二十年以上，这就注定了它和现在主流的硅基芯片没有任何的竞争力。同理就算中科院的论文讲的是5nm光刻机技术，想要完全实现商用不知道还要多久。

中国和荷兰ASML的差距最起码也在十年以上现在国内最好的光刻机生产企业应该是上海微电子，目前生产的最好光刻机也只是90nm的制程。尽管有传言说上海微电子明年将会推出28nm的全新光刻机，但是和ASML的EUV光刻机精度依旧相差甚远。中国想要生产5nm的光刻机有一个最大的难点，就是自主研发。这不光意味着我们需要跨越从28nm到5nm这个巨大的障碍，并且在突破的过程中最好不要使用其他国家的专利，只能发展出一条属于自己的光刻机道路。需要达成这么多的条件，研发的难度可想而知。总的来说短时间内我国的光刻机技术取得重大突破的概率为0，还是要被人牵着鼻子走。落后就要被挨打卡脖子在任何时候都是真理，只希望我们国家的科研人员能够迎头赶上，尽快取得突破吧。

国产光刻机可以达到多少纳米

目前国产光刻机已经达到了七纳米水平，对于国外的五纳米还处在很大的前进进步阶段。

光刻机的极限在哪里？

2020年3月28日，中国计算机学会做了一个 CCF YOCSEF 技术论坛：量子计算机离我们还有多远？的主题，主题上 张辉（合肥本源量子计算 科技 有限责任公司副总裁，中国科学技术大学博士）做主题演讲时候有提到，3nm是经典计算机的工艺极限，就是因为量子的问题。本源量子是国内中科院旗下的做量子计算机方面的公司。

之前中芯国际副总曾经在喜马拉雅的音频节目中回答过这一提问，他说1nm的光刻机工艺并不是技术上难以逾越的门槛。只是目前采用投影或浸入式的技术还难以做到1nm工艺，但其实世界上已有直写技术可以做到1nm了，只是采用直写技术的硅片没有商用价值，只能制作掩膜版用，所以说3nm更不是极限了，那么光刻机的极限在哪里呢？接着往下看。

光刻机的极限

其实光刻机极限已经快到了，因为硅这种材料的极限在1纳米左右，如果想要超越1nm,那就得换材料了，但是目前地球上已经发现的材料中，没有比硅更适合的了，所以末来十年都很难超越1nm工艺，除非科学家能发现一种新材料，当然，这种可能很小。

超越1nm很难，那么达到1nm呢？目前要想达到1nm，目前当芯片内部线宽窄到3nm，电路中用于导电的铜线之间的间距太小，就会发生短路，所以说达到1nm都很难，只能寄希望于量子技术的突破了。

荷兰ASML（阿斯麦）公司的现状

在EUV光刻机方面，荷兰ASML（阿斯麦）公司垄断了目前的EUV光刻机，去年出货26台，创造了新纪录。据报道，ASML公司正在研发新一代EUV光刻机，预计在2022年开始出货。

根据ASML之前的报告，预计2020年将会交付35台EUV光刻机，到2021年则会达到45台到50台的交付量，是2019年的两倍左右。目前ASML出货的光刻机主要是NXE:3400B及改进型的NXE:3400C，两者基本结构相同，但NXE:3400C采用模块化设计，维护更加便捷，平均维修时间将从48小时缩短到8-10小时，支持7nm、5nm。

荷兰ASML（阿斯麦）公司的极限

与之前的光刻机相比，ASML新一代光刻机的分辨率将会提升70%左右，可以进一步提升光刻机的精度，毕竟ASML之前的目标是瞄准了2nm甚至极限的1nm工艺的。不过新一代EUV光刻机还有点早，至少到2022年才能出货，大规模出货要到2024年甚至2025年，届时台积电、三星等公司就可以考虑3nm以下的制程工艺了，所以说到2022年光刻机的精度有望达到3nm,要想达到1nm，估计要到2030年了。

总结

总结来说1nm应该是光刻机精度的极限，预计要10年左右才能达到这一目标，我是小熵，你有什么看法？快到下方评论区留言吧！欢迎关注，持续为您答疑解惑。

在紫外光谱。不同的材料有区别。

为什么说7nm是半导体工艺的极限，但现在又被突破了

7nm不是工艺极限，而是物理极限。要做个小于7nm的器件并不难，大不了用ebeam lith。但是Si晶体管小于7nm，隔不了几层原子，遂穿导致漏电问题就无法忽略，做出来也没法用。

芯片上集成了太多太多的晶体管，晶体管的栅极控制着电流能不能从源极流向漏极，晶体管的源极和漏极之间基于硅元素连接。随着晶体管的尺寸逐步缩小，源极和漏极之间的沟道也会随之缩短，当沟道缩短到一定程度时，量子隧穿效应就会变得更加容易。

晶体管便失去了开关的作用，逻辑电路也就不复存在了。2016年的时候，有媒体在网络上发布一篇文章称，“厂商在采用现有硅材料芯片的情况下，晶体管的栅长一旦低于7nm、晶体管中的电子就很容易产生量子隧穿效应，这会给芯片制造商带来巨大的挑战”。所以，7nm工艺很可能，而非一定是硅芯片工艺的物理极限。

现在半导体工业上肯定是优先修改结构，但是理论上60mV/decade这个极限是目前半导体无法越过的。真正的下一代半导体肯定和现在的半导体有着完全不同的工作原理，无论是TFET还是MIFET或者是别的什么原理，肯定会取代目前的半导体原理。

扩展资料

难点以及所存在的问题

半导体制冷技术的难点半导体制冷的过程中会涉及到很多的参数，任何一个参数对冷却效果都会产生影响。实验室研究中，由于难以满足规定的噪声，就需要对实验室环境进行研究。半导体制冷技术是基于粒子效应的制冷技术，具有可逆性。所以，在制冷技术的应用过程中，冷热端就会产生很大的温差，对制冷效果必然会产生。

其一，半导体材料的优质系数不能够根据需要得到进一 步的提升，这就必然会对半导体制冷技术的应用造成影响。

其二，对冷端散热系统和热端散热系统进行优化设计，依然处于理论阶段，没有在应用中更好地发挥作用，这就导致半导体制冷技术不能够根据应用需要予以提升。

其三，半导体制冷技术对于其他领域以及相关领域的应用存在局限性，所以，半导体制冷技术使用很少，对于半导体制冷技术的研究没有从应用的角度出发，就难以在技术上扩展。

其四，市场经济环境中，科学技术的发展，半导体制冷技术要获得发展，需要考虑多方面的问题。重视半导体制冷技术的应用，还要考虑各种影响因素，使得该技术更好地发挥作用。

硅基芯片物理极限是七纳米，为何台积电却依然能做出五纳米的芯片?

其实在各种芯片领域，所谓的物理极限都只是当时人们技术水平不够所导致的理论极限，就比如在若干年之前，当时研究硅基芯片的人难道会想到现在的硅基芯片能做成这样吗？时代是在进步的，人类的科技水平每日都在更新，硅基芯片的物理极限被不断被突破是一个非常正常的现象。

台积电作为硅基芯片领域的佼佼者，他们在硅基芯片在研究方面一直都是下了很多大功夫的，他们的制作工艺绝对是一般芯片公司无法比拟的。像芯片这种东西，所要求的制作工艺是非常的高，指甲盖大小的芯片需要集成几十万甚至上百万的晶体管，这个数字与芯片的精细程度息息相关，虽然芯片的制作过程大概只分为设计、制造、封装和检测，可这小小四个过程，却是难倒了无数人，理论知识大家都可以学到，但实际操作却只能通过一次又一次的失败来获取经验。

制作一个芯片最重要的设备就是光刻机，而顶级的光刻机技术又在荷兰的ASML公司，一般人是绝对买不到这么高级的光刻机，但台积电公司可不是一般人，他们所能获取的设备说不定比现在明面上的还要更高级，而且他们是有自己的设备研究室，大多时候会将市面上的机器购买回来重新研究，随后自己改装设计出更为高级的设备，想要做出好的芯片，自然而然是得有最高级的设备，而台积电在这点方面绝对是完全具备的。

再来是芯片制造中非常重要的一个材质问题，好的材质才能造出好的芯片，特别是制造硅基芯片所需要的硅基材料，当初的人之所以会认为7纳米是硅基材料芯片的物理极限，是根据摩尔定律和各种物理法则进行计算得出，因为以当时的工艺水平和材料水准就只能造出7纳米的硅基芯片，不过现在人们已经制造出了更为高级的芯片制造设备，也发现了更适合的硅基材料，二者相互叠加之后，突破原本的硅基芯片七纳米极限也是可以理解的事情。

硅基芯片7纳米的物理极限是通过物理公式和摩尔定律计算出来的，而现在也证实了这个物理极限并不是真正的极限，7纳米的硅基芯片都已经投入工业化生产了，而5纳米的芯片则已经有了真正的样本，台积电现在是公开表示他们会做出更薄的芯片，三纳米两纳米甚至是更低，不过到那时所需要的设备和材料又是我们无法想象的了。

随着人类的工艺进程不断突破物理上的极限，人类的制造工艺也会达到一个又一个新的标准，不想被时代抛弃的话，只能不断的自我进步，芯片绝对是世界上一个经久不衰的领域，这个领域的突破是可以直接代表了人类在科技水平上的突破。