大家聽說過 IEDM嗎？
不瞞大家說，直到前兩天我收到了一封廣告郵件之後，才知道美國在每年的12月還會舉行這麼一個行業峰會。。。
簡單來說，IEDM（國際電子器件大會， International Electron Devices Meeting），被譽為半導體領域的「奧林匹克盛會」，會匯集業界巨頭（英特爾、台積電、三星、IBM等）和各大頂尖高校，坐在一起頭腦風暴。
具體都風暴些啥呢？從電晶體結構、到互連材料，業界巨頭和學者們不斷拋出新的思路，嘗試挑戰物理的極限，共同指明未來半導體行業的發展方向。
也就是說，晶片未來怎麼發展，很大程度上都得看這個會上都聊了啥。
既然突然撞見了，那托尼今天就帶大家理理最近的 IEDM2025上都有哪些新方向，給大家聊聊晶片未來會怎麼進化。
首先，最近兩年在 IEDM上被反覆提及的一個議題是，晶片裏頭的導體：銅要頂不住了。
我們初中物理課上都學過，在材料、長度和溫度一定時，導線的電阻與橫截面積成反比，簡單來說就是導線越細，電阻越大。
還是用經典的高速公路例子給大家解釋，原本寬闊（導線粗）的路上六七輛車（電子）隨便跑，但一旦路變窄（導線細）了，車（電子）就跑不動了。
所以晶片銅互連材料也是如此，製程越先進電阻越高，而且銅到了納米級別之後，電子在狹窄的空間裏動不動就會撞到邊界、拐彎、減速，電阻會上升得比想像中快得多。
這樣一來信號傳輸慢如蝸牛，功耗還會爆炸。
於是乎，在近幾年的 IEDM大會上，電子行業的大佬們已經開始討論用釕金屬（ Ru）去代替現有的銅作為互連材料，而這回大家又圍繞着釕金屬提出了很多新的路子。
釕單質長這樣
先給大家解釋一下，為啥大家都看上了釕金屬呢？首先是因為在極細的線寬下，釕的電阻對「變細」這件事兒沒那麼敏感，比銅更適合做細。
其次是，釕特別適合一種叫 ALD（原子層沉積）的工藝。和傳統銅互連靠「往裏灌再刮平」的電鍍工藝不同，ALD工藝是一層一層地貼，哪怕導電溝槽極度窄和深，也能把釕均勻鋪好。
最重要的一點是，這種工藝還能讓釕內部的「晶粒排列」更整齊，電子跑起來不容易被反覆打斷——
就好比把原本坑坑窪窪、岔路很多的土路，升級成了平整的柏油路，電阻自然也就降下來了。
這不在 IEDM2025會上，來自三星的實驗結果表明，在橫截面積只有300 nm²的超細互連線中，採用這種工藝製造的釕線相比濺射工藝的釕線電阻降低了46%。
而且這次 imec（比利時微電子研究中心）還展示了在16 nm間距下（可用於A7，即0.7 nm以下工藝）實現的兩層釕互連結構，並在300 mm晶圓上取得了95%以上的良率，這也說明了釕互聯可能真的要來了。
解決了互連材料之後就萬事大吉了麼？nonono，路修好了，「車」也得聽指揮才行——
大家都知道，晶片最底層的邏輯其實就兩種狀態——通電，或者不通電。
電晶體通過柵極（門）來控制電流的開與關（1和0）。但問題是當電晶體小到一定程度的時候，電子就開始胡來了，即便是門關上了，還是會有電子偷溜過去。
電子這樣叛逆的後果是，漏電上升、靜態功耗飆升、晶片發熱變嚴重，為了溫度只能降頻、限功耗，性能提升反倒功耗牆卡住了，合着一來二去白忙活。
所以說 IEDM上提到的另一個重要議題，就是用二維過渡金屬硫化物（2D TMDs）去替代原本矽的溝道材料。
托尼給大夥簡單解釋一下：以往的矽溝道，因為溝道它比較厚，正所謂天高皇帝遠，柵極（門）從上面指揮，遠端的路通不通它就管不住了，這底下就容易漏電。
而以硫化鉬 MoS₂、硒化鎢 WSe₂為代表的2D TMDs材料，厚度只有幾層原子厚，柵極控制起電子就手拿把掐。
不過話說回來，2D TMDs相比釕互聯來講還是有點遙遠，目前更多的還是在原型研究階段。
因為2D TMDs材料的生長工藝容易把柵極搞壞，過於薄的材料後續也更容易翹邊，還得解決低阻接觸等等問題，後面要大規模量產還得再沉澱沉澱。
除了以上這兩個比較新穎的知識，IEDM還聊了一些老生常談的話題，比如新的柵極堆疊方式，也就是門結構。
這個大家可能比較熟悉了，過去的十幾年裏我們從 FinFET（鰭式場效應電晶體）到2nm工藝的主流結構 GAA（環繞柵極），電晶體密度不斷提高。
但在最近幾年的 IEDM上，一個被越來越頻繁提起的新方向就是台積電等巨頭反覆押注的 CFET（互補場效應電晶體）。
相比過去的電晶體密度橫向發展、在土地上建平房的方式， CFET的思路，則更像是平地起高樓，通過垂直疊加電晶體的方式，利用三維空間提高電晶體密度。
但是具體的我們今天就不講了，感興趣的小夥伴可以自己搜搜看，畢竟 AI工具現在都這麼好用了（ doge）。
今兒個雖然給大家絮絮叨叨聊了不少，但這些技術討論也只是 IEDM上的冰山一角。。。
在每年的會議里，有人研究材料，有人研究工藝，也有人反覆推翻自己前面的結論，再從頭來過。每一篇論文背後，都有無數次失敗、爭論和推倒重來，凝聚着工程師們的心血。
而從更大的視角來看，微電子行業本身，就是人類不斷逼近極限、又不斷換路前行的縮影。也許大多數名字不會被記住，但正是這群人一次次的頭腦風暴，才讓整個世界一點點向前推進。
某種意義上，這就是屬於電子工程師的「群星閃耀時」。
