半導(dǎo)體材料即將改朝換代。晶圓磊晶層（Epitaxy Layer）普遍采用的矽材料，在邁入10納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，將面臨物理極限，使制程微縮效益降低，因此半導(dǎo)體大廠已相繼投入研發(fā)更穩(wěn)定、高效率的替代材料。其中，鍺（Ge）和三五族（III-V）元素可有效改善電晶體通道的電子遷移率，提升芯片效能與省電效益，已被視為產(chǎn)業(yè)明日之星。

　　應(yīng)用材料半導(dǎo)體事業(yè)群Epitaxy KPU全球產(chǎn)品經(jīng)理Saurabh Chopra提到，除了制程演進(jìn)以外，材料技術(shù)更迭也是影響半導(dǎo)體科技持續(xù)突破的關(guān)鍵。

　　應(yīng)用材料（Applied Materials）半導(dǎo)體事業(yè)群Epitaxy KPU全球產(chǎn)品經(jīng)理Saurabh Chopra表示，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界多年前開(kāi)始即已積極替代材料研發(fā)已進(jìn)行多年，包括英特爾（Intel）、臺(tái)積電、三星（Samsung）和格羅方德 （GLOBALFOUNDRIES）均在奮力微縮制程之際，同步展開(kāi)新磊晶層材料測(cè)試，以改良電晶體通道設(shè)計(jì)，更進(jìn)一步達(dá)到芯片省電、高效能目的。

　　事實(shí)上，大多晶圓代工廠邁入65納米制程后，就開(kāi)始在正型（P-type）或負(fù)型（N-type）半導(dǎo)體磊晶層中的電晶體源極（Source）、汲極 （Drain）兩端添加矽鍺（SiGe）化合物，以矽鍺的低能隙寬特性降低電阻，并借重體積較大的鍺擴(kuò)張或擠壓電晶體通道，進(jìn)而強(qiáng)化電洞遷移率（Hole Mobility）和電子遷移率（Electron Mobility）。如此一來(lái)，電晶體即可在更低電壓下快速驅(qū)動(dòng)，并減少漏電流。

　　Chopra 認(rèn)為，下一階段的半導(dǎo)體材料技術(shù)演進(jìn)，鍺將直接取代矽在磊晶層上的地位，成為新世代P型半導(dǎo)體中的電晶體通道材料；至于N型半導(dǎo)體則將導(dǎo)入砷化鎵 （GaAs）、砷化銦（InAs）和銻化銦（InSb）等三五族元素。不過(guò)，相關(guān)業(yè)者投入制程技術(shù)、設(shè)備轉(zhuǎn)換需一定時(shí)間及成本，且對(duì)新材料特性掌握度還不到位，預(yù)計(jì)要到10納米或7納米以下制程，才會(huì)擴(kuò)大導(dǎo)入鍺、三五族元素等非矽方案。

　　據(jù)悉，緊跟摩爾定律（Moore’s Law）腳步的英特爾，將在今年底展開(kāi)14納米制程試產(chǎn)，并可望率先揭露劃時(shí)代的電晶體通道材料更新技術(shù)，屆時(shí)將觸動(dòng)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)邁向另一波革命。

　　Chopra分析，當(dāng)半導(dǎo)體制程推進(jìn)至28、20奈米后，電晶體密度雖持續(xù)向上提升，但受限于矽本身物理特性，芯片效能和電源效率的提升比例已一代不如一代；此時(shí)，直接替換電晶體通道材料將是較有效率的方式之一，有助讓制程微縮的效果加乘。