全球各地的科研机构和企业正在紧锣密鼓地研究1nm技术，以期实现在半导体制程上的新突破。这些机构和企业在技术探索、合作研发和创新应用方面都做出了显著贡献。
日本和法国的合作是1nm技术探讨研究的重要里程碑。2022年，日本芯片制造商Rapidus与东京大学联手法国半导体研究机构Leti，共同致力于开发1nm制程半导体。这种跨国合作模式为技术创新提供了新的视角和资源，有望加速1nm技术的研发进程。
Rapidus公司作为日本政府和私营企业的合资企业，拥有强大的技术背景和资金支持。东京大学则以其在半导体领域的深厚研究基础，为1nm技术的开发提供了重要的科研支持。这一合作充分的发挥了企业的灵活性和学术界的深度，为1nm制程的发展提供了坚实基础。
CEA-Leti作为全球领先的微电子研究机构之一，其在半导体材料、设备和制程技术方面拥有丰富的经验和专业相关知识。法国此次的合作不仅加强了欧洲在全球半导体研究中的地位，也为1nm技术的发展带来了新的可能性。
IBM一直是半导体技术革新的领跑者。2021年，IBM宣布推出全球首款2nm芯片，这标志着其技术已接近1nm。2nm芯片的成功研发，不仅显示了IBM在高级半导体技术上的领导地位，也为未来1nm技术的发展奠定了基础。
Imec是全球著名的纳米电子研究机构，其在1nm以下晶体管技术方面的研究已经取得显著进展。2023年5月，Imec公布了其1nm以下晶体管的路线图，展示了未来几年内实现1nm制程的可能路径和技术难点。在Imec的规划中，1nm等于10埃，这在某种程度上预示着他们正致力于开发远超现存技术极限的产品。
台积电作为全球领先的晶圆代工厂，其在1nm技术上的研究同样引人注目。台积电计划在2026年动工建设1nm制程工厂，预计2027年开始试产，2028年实现量产。台积电的1nm研究不仅关注制程技术本身，还包括新材料的探索和先进设备的开发，显示出其全方面推进1nm技术商业化的决心。
英特尔，作为全球最大的半导体公司之一，其在1nm技术上的探索同样需要我们来关注。英特尔计划使用其Intel 4工艺技术进行下一代处理器的制造，并逐步过渡到更先进的Intel 3工艺。尽管英特尔在工艺命名上采用了不同的策略，但其核心目标仍然是实现更小的晶体管尺寸和更高的集成度。
1nm技术的开发不仅是技术上的一大飞跃，也伴随着诸多挑战。这些挑战包括材料的选择、晶体管设计、制造工艺的精确度，以及成本控制等。
在1nm技术的发展中，2D材料的应用是关键。2D材料，如二硫化钼（MoS2），因其原子级的厚度和优异的电子性能，被视为超越传统硅材料的理想选择。
IMEC在2D材料的研究上取得了显著进展。2019年，IMEC展示了利用二硫化钼（MoS2）制造的微型晶体管，其特征尺寸低于硅器件的短沟道效应水平。这表明2D材料有潜力实现1nm及以下的工艺节点。
台积电与麻省理工学院及南洋理工大学的合作，也集中在2D材料的应用上。他们发现，将二维材料与半金属铋（Bi）结合，能轻松实现极低的电阻，这对于1nm芯片的制造至关重要。这一发现为1nm技术的发展提供了新的材料选择。
随着制程技术的缩小，传统的铜互连技术开始遇到瓶颈。新的材料和设计正在被探索以解决这一问题。
IBM提出使用钌作为新型互连材料。钌的导电性能优于铜，且能轻松实现更小的尺寸。这种新型互连材料的使用，有望大幅度提高芯片的性能，同时降低能耗。
台积电和IMEC则探索使用石墨烯作为互连材料。石墨烯因其高导电性和优异的机械性能，被认为是铜互连的理想替代品。台积电在石墨烯互连的研究中发现，其电阻率低于铜，特别是在宽度小于15nm的情况下。
IBM提出了垂直晶体管场效应管（VTFET）的概念，这种架构通过垂直堆叠晶体管组件，而非传统的横向布局，明显提高了集成度。这种设计的应用可能会极大地提高芯片的性能和能效。
IMEC提出的Forksheet架构是对现有GAA纳米片器件的改进。这种新架构允许更高的轨道高度，同时提供性能增益。Forksheet设计通过增加板宽度，逐渐增强了驱动电流，有助于实现更高性能的1nm芯片。
英特尔正在研究一种新型的GAA FET架构——堆叠式CFET。这种设计可以将n型和p型MOS元件堆叠在一起，实现更高的集成度。英特尔的这一探索表明，器件架构的创新对于实现1nm技术同样至关重要。
1nm技术的探索不仅是对半导体工艺的极限挑战，也是对未来电子科技类产品性能极限的探索。这一技术具有巨大的潜力，但同时也伴随着多方面的挑战。
1nm制程技术的成功实现将极大地提高芯片的性能和效率。例如，更小的晶体管尺寸意味着更高的计算速度和更低的功耗。据估计，1nm芯片相比于现有的5nm芯片，其性能可能提升20%至30%，而功耗可能降低25%至40%。然而，这一技术的发展也面临着巨大的挑战，包括但不限于以下几点：
技术复杂性：随着晶体管尺寸的缩小，确保制程的精确度和可靠性慢慢的变困难。例如，极紫外光刻（EUV）技术在1nm制程中是必不可少的，但其设备成本高昂，单台机器的价格可能高达1亿美元以上。
材料的局限性：在1nm尺度下，传统的硅基材料可能会遇到物理和化学属性的限制，因此开发新材料变得尤为重要。
经济成本：研发和生产1nm芯片的成本巨大。除了高昂的设备成本外，研发过程中的材料、设计和测试等环节也需要大量资产金额的投入。例如，开发一代新的制程技术可能需要投资数十亿美元。
1nm技术的成功商用化将对整个电子行业产生深远的影响。它不仅将推动智能手机、计算机、物联网设备等产品的性能提升，也可能为AI和高性能计算开辟新的可能性。但与此同时，1nm技术的高成本和复杂性也可能会引起半导体行业的进一步集中，只有少数具备足够资源和技术实力的企业能够参与到这一技术的竞争中。
尽管面临诸多挑战，但从3nm到1nm的探索仍在继续。全球多家科研机构和企业正在不懈努力，探索新材料、新架构和新工艺，以实现这一技术的商业化。在未来几年内，我们有望看到更多关于1nm技术的突破性进展，这将不仅推动半导体行业的发展，也将为整个科技界带来新的变革。