为什么说7nm是半导体工艺的极限，但现在又被突破了？

适用了20余年的摩尔定律近年逐渐有了失灵的迹象。从芯片的制造来看，7nm就是硅材料芯片的物理极限。不过据外媒报道，劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，采用碳纳米管复合材料将现有最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。那么，为何说7nm就是硅材料芯片的物理极限。

　芯片的制造工艺常常用90nm、65nm、40nm、28nm、22nm、14nm来表示，比如Intel最新的六代酷睿系列CPU就采用Intel自家的14nm制造工艺。现在的CPU内集成了以亿为单位的晶体管，这种晶体管由源极、漏极和位于他们之间的栅极所组成，电流从源极流入漏极，栅极则起到控制电流通断的作用。

而所谓的XX nm其实指的是，CPU的上形成的互补氧化物金属半导体场效应晶体管栅极的宽度，也被称为栅长。

栅长越短，则可以在相同尺寸的硅片上集成更多的晶体管——Intel曾经宣称将栅长从130nm减小到90nm时，晶体管所占得面积将减小一半；在芯片晶体管集成度相当的情况下，使用更先进的制造工艺，芯片的面积和功耗就越小，成本也越低。

栅长可以分为光刻栅长和实际栅长，光刻栅长则是由光刻技术所决定的。 由于在光刻中光存在衍射现象以及芯片制造中还要经历离子注入、蚀刻、等离子冲洗、热处理等步骤，因此会导致光刻栅长和实际栅长不一致的情况。另外，同样的制程工艺下，实际栅长也会不一样，比如虽然三星也推出了14nm制程工艺的芯片，但其芯片的实际栅长和Intel的14nm制程芯片的实际栅长依然有一定差距。

从事凝聚态实验方面的研究，主要是铁电和多铁材料方面的研究，但是这已经不是热点了，我来简单列下我认为实验方面现在的研究热点吧。1. 最近及其火热的trihalide perovskite. 不管是理论方面还是实验方面研究的论文发表数目都是指数级别的增长。最新一期的science上面，居然有两篇是实验方面的Halide perovskite, 即将发表的一期science上面也有一篇（从science express可以看到）。Perovsikite来源于最原始的氧化物 ABO3 结构，而在新的trihalide perovskite中，人们用Cl, I, F, 代替了氧位。A位和B位也可以做很多替换，甚至A位可以加入具有极化性质的化学分子. 这一系列的材料最新的特征是可以作为solar cell的新体系的材料，很多科研都是着重于他们的光伏性质。但是他也是perovskite的一种，所以很多perovskite具有的性质都还没有研究清楚（相信很快会有成果出来）。2. Graphene 就不用多说了吧超级大热点基本每一个有凝聚态实验的物理系都会有专门的组在做这个。当然具体的问题是什么我也不是很了解啦，可以参考Graphene3. Topological insulator （拓扑绝缘体），这也是超级大热点，由这个引出的各种新现象比如说上了新闻联播的量子反常霍尔效应，由清华大学薛其坤教授领导的小组做出来的science级别的文章。当然这个拓扑绝缘体养活的不光是拓扑绝缘体本身，还有很多基于拓扑绝缘体的heterostructure，比如说Bi2Se3/NbSe2，以及各种interface的新现象。同样，有凝聚态实验的物理系，都会有专门负责用MBE生长topological insulator的组。可以看到2014年这个热点有多热，属于瞬间爆发的类型，而且2015年这才刚开始，就已经快赶上2014年之前任意一年最高的发表或者引用数量了。这个是我博士期间研究的课题，比较了解，可以多写一点东西，我自己感觉还是比较热门的，但是可能只是因为我研究它所以觉得他热门。关于拓扑缺陷，最近非常热的就是Skyrmion, 尤其是Takura组同个Lorentz TEM 成功image skyrmion lattice之后，这方面理论和实验方面的研究就开始铺天盖地了。关于skyrmion，理论方面有很多尝试去manipulate 这种topological defects的建议，比如说thermal gradient 引起的dynamic（ Phys. Rev. Lett. 111, 067203 (2013) ），还有其creation 和annilation的整个过程，据我了解暂时还没有任何的实验证据，但是我知道很多组在尝试用不同的手段去manipulate skyrmion了。（貌似有一篇Nature 子刊系列，说创造了磁单极子，也与skyrmion有关，具体细节不太清楚了，貌似知乎上之前有人详细分析过的，有机会可以来贴个链接）另外一种不是很火的拓扑缺陷，就是我研究的六角锰氧化物中的ferroelectric vortex，这个体系里面，已经实验证实了电场不能移动vortex，但是strain和strain gradient可以，而且已经有很成熟的理论支持。很有意思的connection是在skyrmion（magnetic）里需要thermal gradient，在ferroelectric vortex（electric）里需要strain gradient，这里面是不是有很深的物理在里面还不清楚，我也很想知道里面的答案。