导语

众所周知，芯片作为信息产业的核心组成部分之一，可以极大地促进现代科技的发展和智能设备的进步，同时也广泛应用于各个领域。
然而，一个由上亿晶体管组成的芯片需要十几次甚至几十次的蚀刻才能完成，而光刻曝光是不可或缺的一部分。

以前所有的芯片都是通过光刻机完成的。然而，没想到光刻机现在表现出了一些技术瓶颈，于是湖南大学的一位教授率先绕过光刻机，制造了一种名为VFET的新型晶体管。
所以这次成功绕过光刻机制造的VFET到底有什么新技术，还是新的突破？

第一，光刻机的重要性。

所谓光刻，其实就是通过硅片将设计好的图案印在光刻胶上，然后在一系列的蚀刻、蚀刻、清洗过程中，将图案刻入硅片中，然后通过蒸发、溅射等方式将金属材料的金属膜层挂在硅片层上，然后制成晶体管。

然而，随着电子技术的发展，研究人员发现，当传统的平面晶体管的面积缩小到亚微米水平时，与100微米的距离相比，五个亚微米的延伸距离或称为沟道长度有更大的电介质层，导致电容显著增加。
也就是说，传统的平面晶体管已经不能满足当前微纳加工技术和电子设备性能的发展需求，因此面临着更高密度集成和更小尺寸的挑战。

因此，垂直晶体管的技术应运而生。顾名思义，垂直晶体管是在平面晶体管的基础上，以垂直方式排列晶体管中的传输层和控制层，从而缩短传输通道，降低电容，从而提高设备性能。
也就是说，垂直晶体管并没有改变现有的晶体管结构，而是使平面晶体管的传输层和控制层按垂直方向排列，从而缩短了混合区之间的距离。

从而实现了设备尺寸的微小化，从而提高了设备的性能。然而，现实是残酷的。由于腐蚀的限制，设备的尺寸无法继续缩小。
与此同时，在垂直晶体管的工艺制造过程中，光刻工艺是必不可少的，而现在一般大规模生产的芯片每一代晶体管的尺寸都可以小一步，但光刻机无法承受较小的尺寸，制造也十分昂贵，可见。

光刻机的科技发展方向已经非常明确，不是以较小的尺寸为发展目标，而是以较高的投资和技术难度为发展目标。因此，科学家们率先制造了一种不需要光刻机技术的垂直晶体管，即VFET。

绕过光刻机成功制造VFET。

光刻的核心是通过硅片上的光掩膜制作所需的图案结构，然后对其进行腐蚀、腐蚀和沉积，从而为制作后的设备留下“导线”，这也是为什么光刻机只有在腐蚀硅片时才能有更深入的研究的原因。

然而，这种方法不仅会大大提高生产难度，还会增加生产成本。同时，在实际的设备制造中，也会对其性能产生一定的影响。因此，研究人员将重点放在制造硅片上。
在实际场景中，所谓垂直晶体管，就是将传输层、控制层、绝缘层等材料整合在一起，形成一个圆柱形，在绝缘层上形成另一个孔。孔的周围是传输结构，孔是控制结构。

控制结构与传输结构连接形成通道，混合区是将控制结构与传输结构连接的部分混合，形成绝缘区的电容。
当控制结构有电流通入时，控制结构和传输结构之间会有导通，控制器和传输器之间的混合区域会作为电容。当两者之间有电压时，电流会通过控制结构通向传输结构。

因此，整个设备的工作原理是这样的。基于这个方向，研究人员在硅片上制造VFET，绕过了“雕刻技术”。他们采用了相对简单的辅助模板技术。这种技术生产的设备是VFET，设备尺寸更小。

其实这相当于辅助层。其实就是在晶圆上做一层更厚的光刻胶层，然后通过光刻机在上面曝光腐蚀，最后通过等离子腐蚀在硅片上形成图案结构。
也就是说，科学家们通过辅助模板来减少蚀刻的难度，同时辅助模板的厚度使硅片蚀刻的深度更深。

传统的光刻工艺可以在硅片上制作几十纳米的控制尺寸。然而，科学家通过这种辅助模板将硅片上的控制尺寸压缩到几个纳米，大大降低了制造难度。
与此同时，刻蚀工艺的刻蚀精度仍然是一个非常重要的环节，如果不加深刻蚀，则不能保证垂直晶体管的性能。

要知道硅片的控制尺寸是几十纳米，垂直晶体管的尺寸是几纳米，两者差距还是很大的，所以提高蚀刻深度对于硅片的制造尤为重要。
因此，可以说，研究人员绕过光刻机的主要原因是硅片的制造工艺，这也是研究人员将硅片上的控制尺寸从几十纳米缩小到几纳米的重要原因。

绕过光刻机的主要技术创新之处在于“辅助模板技术具有很强的复制性，可以生产大量的硅片”，从而保证垂直晶体管的尺寸一致，从而起到一定的电子特性。

第三，向其它行业扩散的新方向。

正是因为这一创新突破，硅片上的控制尺寸再次下降，垂直晶体管的硅片制造也变得非常便宜，因此这种解决方案也将应用于其他行业，即扩散到其他行业。

由于垂直晶体管的硅片制造变得非常便宜，金属控制层的生产成本也可以通过多通道并行降低，因此这种基于垂直场效应晶体管的技术将引领未来的半导体行业。
当然，这也只是向生产制造业扩散的一个方向，随着更多的研究人员在这一领域取得突破，他们将继续向其他方向发展。

在人工智能、数据通信等方面，未来会有更多的芯片性能需求，所以这种基于垂直场效应晶体管技术的创新也将在未来大放异彩。
与此同时，在听觉芯片、图像芯片等其它设备中，将会有更多垂直场效应晶体管的应用。

结语

伴随着芯片制造业的挑战与发展，科研人员不断寻找新的解决方案，同时一路创新的道路也充满了坎坷，但是这也是前人为此付出的血汗，所以我们也要感谢他们的坚持。

如今，这种创新方案已经形成，并经过一定程度的实践验证，并逐渐传播到其他行业。当然，这离不开科研人员在研究过程中的努力、探索精神和创新能力。