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北大高材生推動美國芯片材料創新
美國麻省理工學院的研究人員最近完成了一項有望突破製造更強大芯片極限的尖端技術。領銜這項技術創新的是一位在該校讀博士的中國留學生。
他就是27歲的朱嘉迪。“我在南京出生，然後讀的是南師附中，後來去北京大學讀本科，然後到MIT這邊來。現在是博士，馬上開學是第5年了。” 他對美國之音說。他現在是麻省理工學院電氣工程和計算機科學的博士生。
新興人工智能應用需要更密集、更強大的計算機芯片。芯片傳統上用3D結構的塊狀材料製成，但堆疊多層晶體管以創建更密集集成，也就是更強大的芯片，已經變得越來越困難。
這就是芯片製造上的“摩爾定律” ：即每18個月到兩年時間，芯片的性能隨晶體管密集程度的提高而翻一倍。這使當前先進芯片製造已經逼近尺寸縮減的物理極限。
朱嘉迪參與協調的團隊開發出了可以直接在8英寸晶圓矽芯片之上“生長”二維材料晶體管以實現更密集的集成的新技術。
有關這項新技術的論文4月27日由共同主要作者朱嘉迪和該校博士後朴志勳（Ji-Hoon Park）發表在《自然納米技術》雜誌上。他們的成就被稱為有望突破或延續“摩爾定律”。
麻省理工學院電氣工程和計算機科學博士生朱嘉迪（朱嘉迪提供）
芯片製造中的材料、設計和加工創新
朱嘉迪說，他們的創新主要體現在芯片製造中五個方面：材料、設計、加工、封裝和測試的前三項。
“矽這個材料Silicon已經做了將近60年了，已經到了一個比較極限的一個狀態，”朱嘉迪說。“ 我們做了一個大規模，就是8英寸的單層二硫化鉬的高質量的供應手段”，他說，“這個材料的供應量就很大了”。
在設計上，朱嘉迪將它比作住房，“比如平房，住的人就非常少。但如果把它建成樓房，容納的人數就更多了，” 他說，傳統的矽基材料都是“平房”，是單層電路，“我們現在直接在矽基電路上面直接合成或者叫沉積一層單層的硫化物半導”，“通過這種二流化鉬的二維材料實現這種異質集成的這樣一個可行性”。
在加工上，“我們是提供一種低溫設計，就是說讓它能在對第一層電路無損的情況下直接在上面做這種疊加，”朱嘉迪說。
朱嘉迪2019年進入麻省理工學院。他說，這整個技術創新其實就是他博士論文的課題。“實際上就是一個半命題作文，就是你導師在你剛進來的時候給你固定了一個大的方向。”
對於這項創新技術究竟對未來更強大芯片的產出，比如1納米製程的芯片，有什麼意義？朱嘉迪回答， 1納米實際上只是一個技術指標，“在1納米節點沒有任何一個東西是1納米的。” 他解釋：“對於28納米技術節點以下的工藝，所謂多少多少納米只是一個技術指標，表示單位面積芯片性能相對於前一代，翻了一倍左右”。
新技術有助於實現更先進芯片的製造
朱嘉迪說，在1納米或者更先進的技術節點的時候，他們創新的材料實際上是把集成度提高了，“就像剛才我說的這種搭樓房的過程，如果說我們在第一層縮小上出現了卡殼，因為1納米節點對應的最小的物理尺寸是12納米左右，就是如果說光刻機做比12納米小的這樣的一些圖形，它做的很困難的話，我們說你就可以往高里做，就是你可以搭好多層，那麼二維材料是一個可行的這樣一個材料體系，你可以用我們二維材料在你的矽基上面繼續做、繼續搭，然後對二維材料的加工也是通過光刻機來做，每層能做到12納米的物理尺寸精度那當然很好，那麼也是最後實現一個高密度的集成的目的。這個是我們的一個意義所在，就是說如果說你到了1納米以後再想做，尺寸縮小肯定還是一方面，那麼另一方面就是說我們進一步的堆疊，做3維集成。當然這種異質集成的方法對於大尺寸的成熟技術節點也是適用的。”
不過朱嘉迪表示，這項成果最終被運用於工廠批量生產“還有一些過程要過”，“我們做的是前三項中的一部分，後面還有封裝跟測試也是非常重要的兩項。”
有中國媒體引用專家的話評論朱嘉迪創新成就時說，這“並非學科上的突破，可以當個論文來看”，並說，國內科學家已經“實現了具有亞1納米柵極長度的晶體管，其中就使用到了單層二維二硫化鉬薄膜。”
對此，朱嘉迪稱此“可能稍有誤解“。“我們做的是一個晶圓的生長，低溫生長，直接異質集成。這個是之前大家沒有做過的或者沒有做成功的。沒有這種在8寸晶圓上面直接做低溫異質集成。” “我們其實對於這個集成的推動還是很有幫助的，包括現在一些企業都對我們很感興趣。”
地緣政治競爭對科研的限制
半導體芯片已成為美中兩國地緣政治競爭的焦點之一。拜登政府對中國實行高端芯片的全面出口管制，中國國家主席習近平稱此為“卡脖子”，反制美國最大的記憶體芯片製造商美光公司（Micron），並誓言自力更生製造芯片。
“肯定會有一些限制，”針對目前的科研環境朱嘉迪說。“比如跟美國以外的合作我們會稍微有一些顧慮，本來是很正常的學術合作我們也會有點擔心未來會有問題。……為了安全起見有的時候就會停止或者不開展這樣一些合作，所以這個確實是一個擔憂吧。”
今年6月一份發表在美國國家科學院院刊上的研究報告根據對1304位在美國的華裔科學家的調查發現，多數的華裔科學家認為美國不安全，害怕進行研究，害怕與中國合作，害怕申請聯邦政府的撥款。
2021年就曾發生過麻省理工學院微納米工程實驗室主任陳剛教授被美國司法部根據“中國行動計劃” 逮捕、一年後又撤銷對其指控的事件。
當時聯邦檢察官指控陳剛教授在提交聯邦撥款申請時未披露與多個中國教育項目的聯繫。但最後檢方發現，陳剛教授並無義務做這些披露，遂以“無法在審判中證明他們的指控” 為由撤銷起訴。
這一事件引髮美國學術界、亞裔社區的強烈抗議，認為政府針對的是陳剛教授的華裔身份。美國司法部於2022年宣布終止“中國行動計劃”。
不過朱嘉迪表示，麻省理工學院是個很好的環境，“整個學校對大家都是比較平等的這種保護。”
中國自媒體驚呼“為什麼我們留不住人才”
朱嘉迪參與協調麻省理工學院團隊研發芯片材料新技術的消息在中國自媒體上引起強烈反響。《中國種樹老美乘涼？華人學者助美芯片升級，2萬清北學生扎堆矽谷》說：“一個華人的才華，為老美所用，著實令人倍感遺憾。 但我國的人才流失遠比想像的更嚴重。”
《北大畢業生讓美國芯片再次領先！》說：“很遺憾取得這一成就的又是美國。而令人受不了的是，這個人居然還是華裔科學家，”“如果他在國內，這一成就，肯定是中國的，這個人為什麼要去美國，為什麼我們就留不住？”“北大啊！清華啊！要醒醒了，不要再乾運輸大隊長的活了。”
“我覺得國內現在自媒體很多時候宣傳的那個故事跟我已經沒有關係了。” 朱嘉迪回應道。“我覺得我希望找到一個更需要我的地方，也同時能找到一個更適合我發展的環境，那麼這樣的環境其實不論是中國還是美國都是存在的。”
朱嘉迪說，他在北大時就拿過“五四獎章”，“這個是北大學生最高榮譽，” 朱嘉迪說。“相當於是二十年才評了一百個左右，而且是本碩博一起，那麼我是其中之一”。
朱嘉迪說，北大提供給學生的資源非常好，導師對學生很照顧，師兄師姐也很和睦。他在北大本科時他就在Advance Material、IEEE Electron Device Letters這樣很好的期刊上發表過論文。
“我並不覺得在北大跟在MIT有什麼特別大的區別，” 朱嘉迪說。“如果真有區別的話，可能就是在科研思維方式上，或者說在形式上，東西方會有一些習慣上的差異。所以我覺得是這幾年的學習上一個比較好的一種體驗，” 但他認為“這是一個跟政治無關的學術的考量和學習的過程”。
在回答讀完博士學位後的去留問題時，朱嘉迪說：“這是一個關於我的個人誌向、未來發展平台和家庭的綜合選擇。我希望，也會努力促使這幾個因素最終達到一致。 ”