【嵌牛导读】在信息技术发展浪潮中，浪潮涌起的高度的衡量一度成为业界的“心患”。换句话说，如何估量信息技术进步的速度成了困扰业内人士许久的难题。籍此背景之下，英特尔创始人之一戈登·摩尔通过大量数据调研整理，于1965年，正式提出“摩尔定律”。
【嵌牛鼻子】摩尔定律
【嵌牛提问】你觉得制造工艺的物理极限是多少呢？
【嵌牛正文】
在信息技术发展浪潮中，浪潮涌起的高度的衡量一度成为业界的“心患”。换句话说，如何估量信息技术进步的速度成了困扰业内人士许久的难题。籍此背景之下，英特尔创始人之一戈登·摩尔通过大量数据调研整理，于1965年，正式提出“摩尔定律”。迄今为止，此定律已历经了半世纪风雨，对于半导体产业发展，更是产生了不可磨灭的作用。
何为“摩尔定律”？
在文章《让集成电路填满更多的组件》中，摩尔预言，半导体芯片中集成的晶体管和电阻数量将每年增加一倍。随后不久，摩尔另外撰写论文声明，将“每年增加一倍”修改为“每两年增加一倍”。详细地说，摩尔定律即为：当价格不变时，半导体芯片中可容纳的元器件数目，约两年便会增加一倍，其性能也将同比提升。
当然，通过后来数十年的数据证明，半导体芯片中可容纳的元器件数目，约18个月便将增加一倍（即摩尔前后预测的平均值）。对于此，摩尔表示，他并未提过“每18个月增加一倍”推论，而且根据其数据图显示，这个变化周期便是24个月。
事实上，作为一种对发展趋势的分析预测规则，摩尔定律一直在质疑与自我证明中徘徊。由于集成度与晶体管价格成反比的特性，使得摩尔定律成为了经济学效益的一种推测手段。以晶圆厂生产IC为例，在制程技术不断进步的前提下，每隔18个月，IC的产量将提升一倍，换个角度来看，其成本将降低50%。与此同时，在半导体行业制程技术发展的过程中，摩尔定律渐渐成为衡量半导体行业发展脚步的一道标杆，如果每个18个月半导体企业的制程工艺未达到摩尔定律预测的数据，那么对不起，有可能你已经“Out”了（即落后于目前半导体行业的平均水平），从这方面来看，这种推测方式对于半导体行业的经济效益研究起到了一种良好的辅助作用。
摩尔定律的质疑与自我证明
迄今为止，摩尔定律“问世”已然五十载有余，在半导体芯片制程工艺水平飞速提升的同时，人们不禁有些疑问，半导体芯片单位面积可集成的元件数量最终将达到多少？摩尔定律会一直存在下去吗？
其实，半导体芯片单位面积可集成的元件数量最终将达到多少这个问题并没有明确的答案，但据专家预测，半导体芯片制程工艺的物理极限为2-3nm，以此推算，摩尔定律似乎也只能“存活”10年之久。
摩尔定律会不会过时？摩尔定律还能生存多久？这个话题已经探讨了数十年之久，比如当半导体芯片主流制程技术为90nm时，有人认为45nm将成为物理极限；当制程技术达到45nm时，有的观点认为22nm将成为极限。有句俗语叫作“好刀不怕磨”，摩尔定律正是这把好刀。
那么何为物理极限呢？从技术方面来看，随着晶体管尺寸的不断缩小，源极和漏级之间的漏电现像会增大，从而导致晶体管无法正常工作。基于此环境之下，三星推出的3D晶体管技术，很好的解决了此问题，这也使得制程工艺再进一步，从而逐渐达到如今的10nm。
在今年9月份举办的“英特尔精尖制造日”峰会中，英特尔以14nm和10nm制程工艺为例，通过其晶体管密度以及成本对比，再一次体现出了摩尔定律的准确度。英特尔高级院士、技术与制造事业部制程架构与集成总监Mark Bohr也表示，在技术层面，英特尔依旧坚守Tick-Tock战略，这也是摩尔定律最好的体现。
摩尔定律的影响
起初，摩尔定律的提出只为预测半导体行业的发展趋势，但是随着其在半导体行业的声名鹊起，外界各行各业对于竞相仿效，从而衍生出多版本的“摩尔定律”，其深远影响使我们的生活获益良多。
在经济方面，随着制程工艺的逐渐提升，晶体管体积也越来越小，但性能却得到了较大的提升，成本也随之不断降低。
在技术方面，摩尔的推演总结将复杂、昂贵的计算普及为生活的必需品，从数据分析，目前这些的创新都源于摩尔的发现。
在社会影响方面，计算的普及改变了我们的生活方式，也推动了科技以及社会的发展，这对于各行各业来说，都是一大幸事。
摩尔定律会否消亡？
事实上，自摩尔定律被推出后，其存亡时间一直是业界所争论不休的话题。以如今来说，当半导体行业无数业内人士发声表示，摩尔定律将消亡时，科技界却爆出一则惊人消息：1nm制程工艺“问世”。这则消息是由劳伦斯伯克利国家实验室传出的，其实验室研究人员阿里·加维表示：“此项研究说明，我们的晶体管将不再局限5nm栅极，如果使用适当的半导体材料，摩尔定律将继续有效。”
据了解，加维所说的适当的半导体材料为二硫化钼，硅材料在栅极长度为5nm甚至更长时，其优势相当明显，但其栅极长度在5nm之下时，将会产生“隧道效应”，从而阻止电流从源极流向漏极。这种情况将会使电子失控，无法达到我们想要的效果。而二硫化钼则有所不同，在此环境之下，它流动的电子更重，所以可以通过更短的栅极来控制电流从源极流向漏极。通过一系列实验测试，劳伦斯伯克利国家实验室研究人员摒弃传统的光刻技术，选择1nm的碳纳米管作为栅极，从而更好的配合二硫化钼晶体管控制其电子流动。
这则实验研究成果再次证明了摩尔定律依旧存在，而从目前来看，似乎摩尔定律的消亡直接取决于半导体芯片制程工艺的物理极限。如果半导体芯片制程工艺未达极限，那么摩尔定律将一直“活着”。其实，摩尔定律虽然源于半导体行业，但并不会终止于半导体行业，其思想与观点奠定了所有现代技术丰富的基础，其创新的相关产品已经完美的与我们生活融合在一起。未来，它将代表一种趋势一直存在于物联网、医疗以及教育等各个领域。
中打破了摩尔定律，在新的半导体研究领域取得了巨大的突破。利用一种新的超薄电极材料，实现了二维半导体电子与逻辑电路的自由控制。此外，南洋理工大学、北京大学、南京大学等高校的科研队伍，也在二维半导体的整合与成长上取得了突破性进展。
中国的本土企业也在努力地积累和研究相关的技术，这些技术将会在将来获益。首先，我们要说的是，摩尔定律是什么，为什么它会对半导体产生如此大的影响。戈登·摩尔，英特尔的共同创始人，提出了著名的摩尔定律：每18到24个月，集成电路上的元件数目就会翻一番，而其性能也会翻一番。这就意味着，在每一块硅片上，晶体管的体积会变得更小，也会变得更多。但是今天，一块指甲盖大小的晶体管可以容纳一百亿个，而硅晶体管也已经接近了它的物理极限。摩尔定律的继续，要求新的材料，新的装置。
目前，人们对二维半导体的前景非常看好，因为传统的硅片晶体是以三维块状半导体为基础，使得电子难以透过纳米尺寸的通道。然而，由于二维材料的存在，使得晶体管的体积变得更小，变成了一种更容易让电荷在其中自由流动的超薄晶体管。
由光敏材料及器件研究中心的黄博士、物理学院的李金龙教授带领的一个研究团队，成功地利用了一种新型的超薄电极材料（Cl-SnSe2)，实现了二维半导体电子及逻辑电路的自由控制。
该研究成功地解决了费米能级钉扎问题，使得传统的二维半导体器件难以完成互补逻辑电路，只显示 N型或 P型器件的性能。利用这种新的电极材料，可以实现 N型、 P型的功能，从而形成一种高性能、低功耗、互补逻辑的逻辑电路。
黄教授预测，这种新型的二维电极材料将会是很薄的，具有很高的透明度和d性。所以，他们可以应用到下一代的可弯曲的、透明的半导体装置上。南洋理工大学，北京大学，清华大学和北京量子资讯 科技 研究院的研究者们，近期展示了一种将单晶体滴定在二维半导体上的方法，即高 K钙钛矿的一种氧化物。该技术将为新的晶体管和电子器件的发展提供新的可能。
报告中提及了一种叫做“一种钙钛矿”的单晶滴定锶，以前人们已经发现，用一种具有不同的原子结构的钙钛矿氧化物难以实现。但是，这个研究小组使用了一种聪明的方法，它能够超越这个极限，使材料的组合几乎是无限的。
研究者称，他们发明的晶体管可以用来制作互补的 MOS电路，同时也可以降低功率消耗。在将来，这些装置将会被大量生产，用以研发低功率的逻辑和微型晶片。前不久，王欣然教授和南京大学王金兰教授的研究小组共同宣布，世界上第一个大规模、均匀的二层二硫化钼，这是目前已知的最好的二维半导体材料之一，薄膜的外延生长。
东南大学教授马亮说：“我们的研究成果，不但打破了二硫化钼薄膜的层数可控生长技术瓶颈，开发出了性能最高的二硫化钼膜器件，并将其应用到其它二维材料的外延上，为以后的硅半导体器件的发展开辟了新的思路。”
在二硫化钼的研究中，二硫化钼的载流子迁移率和驱动电流都比单层二硫化钼高，在电子设备的应用中占有很大的优势。然而，采用常规方法制备的二硫化钼双层膜存在着层数均匀性差、膜不连续性等问题，研究小组提出了一种新型的基板诱导成核和“齐头并进”的新型生长机理。
值得一提的是，芯片制造商们，也在积极地进行着新的研究。英特尔与台积电将于2021年12月举行的 IEEE国际电子装置大会上，为解决二维半导体高阻、低电流问题提供了解决办法。在半导体与金属的接触处，存在着锋利的电阻尖，这是目前二维半导体面临的最大阻碍。
台积电与英特尔公司采用了半金属锑作为接触材料，以减少半导体与触头间的能量壁垒，以达到低阻性。从2019年起，台积电一直在寻求一种可以替代硅的二维材料。台积电在今年五月率先宣称，他们已经找到了半金属铋可以在很低的电阻下，成为二维半导体的粘结剂。但是铋的熔点太低，不能承受后续的晶片高温处理。
南京大学电子工程学院王欣然博士团队，着眼于中国国内市场的发展，在2021年九月，天马微电子（深天马）与天马公司的合作，为今后 Micro LED技术的发展开辟了一条崭新的技术路径。
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