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2018年國際電子元件會議觀察(二)

  • 林育中
2018年年底舉辦的IEDM相當關注新興記憶體的發展,亦反映出半導體產業的未來方向。IEDM

國際電子零組件會議(International Electron Devices Meeting;IEDM)有40個議程,除了前文所述4個焦點議程外,有些雖非今年新焦點,但卻是還在持續進展的新興科技issue,其階段性的進展也很值得關注。

先從我熟悉的新興記憶體談起。新興記憶體一般來說包括RRAM、PCM和MRAM。有一個議程的名字就是MRAM & PCM,裏面討論最多的是嵌入式記憶體。雖然現在大部份代工廠在28nm以下已實質採用STT MRAM做為嵌入式記憶體技術,但是以PCM做為嵌入式記憶體的研究動量未歇。

至於在獨立記憶體上,目前的態勢非常清楚─PCM一枝獨秀!原因是從事獨立新興記憶體生產的只有英特爾,且已採用3D堆疊技術,在每位元單價上目前無可匹敵,是以在今年的會議議程中再無討論。

PCM還有一個有趣的嘗試—in-memory computing。In-memory computing是近年來興起的議題,目的在於節省資料在CPU與數層記憶之間讀、寫的奔波時間與能耗。但要用的記憶體要有幾個起碼的資格:一是容量要夠高,另一個是讀寫速度要夠快,這樣才有辦法如CPU般進行大量、快速的運算。3D NAND也許有機會可以達到足夠的容量,但是速度太慢了。PCM在永久記憶體中容量最大、速度雖然還不如DRAM,但可以做個妥協下的選擇,這是個有趣的嘗試。

RRAM目前最大的容量是8Mb,用在40nm以上的嵌入式製程也差不多而已。但有兩個有趣的發展,一個是用其連線的接、斷與否與神經突觸(synapsis)的接、斷相似,用來做神經形態(neuromorphic)晶片,這是人工智慧的硬體發展,有專屬的議程來討論:RRAM for neuromorphic applications。

另一個發展是RRAM用類似3D NAND的製程來做。幾種新興記憶體中,據我所知RRAM和MRAM均可以用3D製程來製造。尤其是MRAM,目前讀寫速度已推進至DRAM範圍,耐久性和功耗也較佳,只是其單元面積為50F2,目前的容量只達1Gb。如果有3D製程,立即可以克服容量及每位元成本的問題。很多公司已開始研發,只是沒人願意拿出來展示。這也是in-memory computing最可能的候選者。

另一個較吸引我的議題是2D材料於半導體的應用。MoS2用於奈米級電晶體的通道,電子流動性高,漏電流也小。此次會議中發表的有用MoS2的高電子流動性、低功耗的場效電晶體,還有用MoS2場效電晶體與RRAM的單晶堆疊(monolithic stacking)異質整合(heterogeneous)。

其它的過渡金屬二硫屬化合物(Transition Metal Dichalcogenide;TMD),特別是WSe2也開始上台了。WSe2與MoS2結構相似,是直接能隙(direct band gap)半導體。這次會議中關於WSe2的論文有被用於SRAM的通道,是低電壓、低功耗的元件。另外的應用為負電容電晶體(negative capacitance FET)。MoTe2也被用於超快速的RRAM。看來二維材料已開始進入半導體各領域。能將二維材料佈植在半導體上的製程和機器也將是很有潛力的技術。

一個有40個議程的會議這樣講來當然是掛一漏萬,但是方向是清楚的:除了摩爾定律最終的路程尚需完善外,其它從材質、異質整合、應用等多方向發散的發展將在短中期內維持半導體做為高科技─持續快速增加價值的特性!

前文請見《2018年國際電子元件會議觀察(一)》

現為DIGITIMES顧問,1988年獲物理學博士學位,任教於中央大學,後轉往科技產業發展。曾任茂德科技董事及副總、普天茂德科技總經理、康帝科技總經理等職位。曾於 Taiwan Semicon 任諮詢委員,主持黃光論壇。2001~2002 獲選為台灣半導體產業協會監事、監事長。現在於台大物理系訪問研究,主要研究領域為自旋電子學相關物質及機制的基礎研究。