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【新智元導讀】台積電即将斥資近1萬億新台币，在中科園區附近的高爾夫球場興建2nm晶圓廠，并為後續1nm工廠預留用地。
近日，台積電正式提出2nm以及後續1nm的工廠擴建計畫。
預計總投資金額将高達8000億至1萬億新台币（約1840-2300億元），占地近100萬平方米。
據聯合新聞網報道，位于中部科學園區（中科）的新工廠将占用周邊的一個高爾夫球場以及部分公有土地。
這也是繼竹科寶山之後，台積電規劃的第二個2nm晶圓廠。
業界指出，相較于後續用地問題仍待解決的台積電竹科寶山2nm工廠，台中高爾夫球場土地所有權單純，一旦與興農集團完成協商，很有可能超過竹科寶山建廠進度。
根據台積電初步規劃，工廠預計在明年獲得用地許可并展開環境影響評估，最快于2023年動工，預計可創造約8000個就業機會。
來源：經濟日報
這兩年由于對晶片需求的劇增，台積電産能擴充與開發較往年可說是「五倍速」前進。為了確定産能的提升，相關的支出也大舉拉高，尤其是在先進制程方面。
目前台積電在中科的制程涵蓋28nm及7nm，由于2nm及1nm制程的裝置可以共用，未來将由1.8nm、1.4nm，逐漸向1nm推進。
業界推測，台積電2nm最快可以在2024年試産，于2025年實作量産，之後再進入1nm，以及後續的「埃米」制程。
工廠建成後預計每年用電量可以達到75萬千瓦，當地一個發電機組每年的發電量是55萬千瓦。
也就是說，全年需要差不多1.5台機組保障台積電新工廠的用電需求。而當地目前總共就隻有10台發電機組。
2nm：MBCFET
在工藝下降到5nm之前，FinFET（鳍式場效應半導體）一直是很好的。
當達到原子水準 （3nm是25個矽原子排成一行） 時 ，FinFET開始出現漏電現象，可能不再适用于更進一步的工藝水準。
在2nm工藝上，台積電并沒有直接使用三星規劃在3nm工藝上使用的GAAFET （環繞栅極場效應半導體），也就是納米線（nanowire），而是将其拓展成為MBCFET（多橋通道場效應半導體），也就是納米片（nanosheet）。
GAAFET是一個周圍都是門的場效應管。根據不同的設計，全面栅極場效應管可以有兩個或四個有效栅極。
通過在栅極上施加電壓，你可以控制源極和漏極之間的電流，将其從0切換到1，并建立一個處理器的二進制邏輯。
從GAAFET到MBCFET，從nm線到nm片，可以視為從二維到三維的躍進，能夠大大改進電路控制，降低漏電率。
2nm采用以環繞閘極（GAA）制程為基礎的MBCFET架構，可以解決FinFET因制程微縮産生電流控制漏電的實體極限問題。
1nm：「铋」密武器
今年5月，麻省理工學院（MIT）的孔靜教授上司的國際聯合攻關團隊探索了一個新的方向：使用原子級薄材料铋（Bi）代替矽，有效地将這些2D材料連接配接到其他晶片元件上。
這項研究「Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors」已發表在Nature期刊上。
自2019年起，MIT、台大和台積電就展開了漫長的跨國合作。
MIT團隊最先發現，在「二維材料」上搭配「半金屬铋（Bi）」的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。
之後，台積電技術研究部門則将「铋（Bi）沉積制程」進行優化。
最後，台大團隊運用「氦離子束微影系統」将元件通道成功縮小至nm尺寸，終于獲得突破性的研究成果。
這種材料被作為二維材料的接觸電極，可以大幅度降低電阻并且提升電流，進而使其能效和矽一樣，實作未來半導體1nm工藝的新制程。
未來，「原子級」薄材料是矽基半導體的一種有前途的替代品。
研究人員表示，他們解決了半導體裝置小型化的最大問題之一，即金屬電極和單層半導體材料之間的接觸電阻，該解決方案被證明非常簡單，
即使用一種半金屬，即铋元素（Bi），來代替普通金屬與單層材料連接配接。
這種超薄單層材料，在這種情況下是二硫化钼，被認為是繞過矽基半導體技術現在遇到的小型化限制的主要競争者。
金屬和半導體材料（包括這些單層半導體）之間的界面産生了一種叫做金屬誘導的間隙（MIGS）狀态現象，這導緻了肖特基屏障的形成，這種現象抑制了電荷載體的流動。
使用一種半金屬，其電子特性介于金屬和半導體之間，再加上兩種材料之間适當的能量排列，結果是消除了這個問題。
研究人員通過這項技術，展示了具有非凡性能的微型化半導體，滿足了未來半導體和微晶片技術路線圖的要求。
參考資料：
https://udn.com/news/story/7240/5992392