一颗芯片如何集成十亿级晶体管

回顾自1947年晶体管诞生至今，人类已实现了前所未有的技术飞跃。随着时间的推移，我们对晶体管的需求日益增长，以致于到了2022年，我们仍然渴望新的、更先进的晶体管来满足不断增长的技术和社会要求。

IEEE电子器件分会（Electron Device Society）在庆祝晶体管发明75周年时，举办了一场活动，胡正明教授及其同事们分享了他们对于延续摩尔定律发展的见解。胡正明教授坚定地认为：“是的，我们需要新的晶体管”，并提供了三个理由：

首先，随着半导体技术的进步，我们不仅能够实现高速通信、智能手机等现代科技，还可能创造出未来无法想象的事物；其次，由于半导体材料使用效率高，可以减少能源消耗，同时IC设计越来越小，对材料需求也逐渐降低；最后，即使理论上能量消耗可以进一步降低到今天水平的一千分之一以下，但我们仍需探索路径以达到这一目标。

为了应对全球气候变暖带来的挑战，胡正明教授强调新型晶体管将扮演关键角色。他指出，尽管研发新型晶体片面临经济和技术上的巨大挑战，但历史上每隔一段时间都会有类似的难关需要克服。

当前Fin-FET已经接近极限，因此业界正在转向环栅（GAA）结构，这种3D CMOS结构为芯片带来了性能提升与功耗降低。不过，这种新结构还面临短沟道效应的问题，一些研究者建议使用非硅材料如过渡金属硫化物作为通道材料，而英特尔则在展示一种全环绕栅极堆叠式纳米片结构，该结构采用厚度仅三原子层级别2D通道材料，并在室温下实现了双栅极结构开关。