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2018年国际电子元件会议观察(二)

  • 林育中

2018年年底举办的IEDM相当关注新兴存储器的发展,亦反映出半导体产业的未来方向。IEDM

国际电子零组件会议(International Electron Devices Meeting;IEDM)有40个议程,除了前文所述4个焦点议程外,有些虽非今年新焦点,但却是还在持续进展的新兴科技issue,其阶段性的进展也很值得关注。

先从我熟悉的新兴存储器谈起。新兴存储器一般来说包括RRAM、PCM和MRAM。有一个议程的名字就是MRAM & PCM,裏面讨论最多的是嵌入式存储器。虽然现在大部份代工厂在28nm以下已实质采用STT MRAM做为嵌入式存储器技术,但是以PCM做为嵌入式存储器的研究动量未歇。

至于在独立存储器上,目前的态势非常清楚─PCM一枝独秀!原因是从事独立新兴存储器生产的只有英特尔,且已采用3D堆叠技术,在每位元单价上目前无可匹敌,是以在今年的会议议程中再无讨论。

PCM还有一个有趣的尝试—in-memory computing。In-memory computing是近年来兴起的议题,目的在于节省资料在CPU与数层记忆之间读、写的奔波时间与能耗。但要用的存储器要有几个起码的资格:一是容量要够高,另一个是读写速度要够快,这样才有办法如CPU般进行大量、快速的运算。3D NAND也许有机会可以达到足够的容量,但是速度太慢了。PCM在永久存储器中容量最大、速度虽然还不如DRAM,但可以做个妥协下的选择,这是个有趣的尝试。

RRAM目前最大的容量是8Mb,用在40nm以上的嵌入式制程也差不多而已。但有两个有趣的发展,一个是用其联机的接、断与否与神经突触(synapsis)的接、断相似,用来做神经形态(neuromorphic)芯片,这是人工智能的硬件发展,有专属的议程来讨论:RRAM for neuromorphic applications。

另一个发展是RRAM用类似3D NAND的制程来做。几种新兴存储器中,据我所知RRAM和MRAM均可以用3D制程来制造。尤其是MRAM,目前读写速度已推进至DRAM范围,耐久性和功耗也较佳,只是其单元面积为50F2,目前的容量只达1Gb。如果有3D制程,立即可以克服容量及每位元成本的问题。很多公司已开始研发,只是没人愿意拿出来展示。这也是in-memory computing最可能的候选者。

另一个较吸引我的议题是2D材料于半导体的应用。MoS2用于纳米级晶体管的通道,电子流动性高,漏电流也小。此次会议中发表的有用MoS2的高电子流动性、低功耗的场效晶体管,还有用MoS2场效晶体管与RRAM的单晶堆叠(monolithic stacking)异质集成(heterogeneous)。

其它的过渡金属二硫属化合物(Transition Metal Dichalcogenide;TMD),特别是WSe2也开始上台了。WSe2与MoS2结构相似,是直接能隙(direct band gap)半导体。这次会议中关于WSe2的论文有被用于SRAM的通道,是低电压、低功耗的元件。另外的应用为负电容晶体管(negative capacitance FET)。MoTe2也被用于超快速的RRAM。看来二维材料已开始进入半导体各领域。能将二维材料布植在半导体上的制程和机器也将是很有潜力的技术。

一个有40个议程的会议这样讲来当然是挂一漏万,但是方向是清楚的:除了摩尔定律最终的路程尚需完善外,其它从材质、异质集成、应用等多方向发散的发展将在短中期内维持半导体做为高科技─持续快速增加价值的特性!

前文请见《2018年国际电子元件会议观察(一)》

现为DIGITIMES顾问,1988年获物理学博士学位,任教于中央大学,后转往科技产业发展。曾任茂德科技董事及副总、普天茂德科技总经理、康帝科技总经理等职位。曾于 Taiwan Semicon 任咨询委员,主持黄光论坛。2001~2002 获选为台湾半导体产业协会监事、监事长。现在于台大物理系访问研究,主要研究领域为自旋电子学相关物质及机制的基础研究。