🔷當電晶體尺寸縮放逼近極限，應變工程成為提升晶片性能的關鍵技術路徑
🔷從晶格調控到器件增強，揭秘SiGe、Si:C如何突破MOSFET性能瓶頸

當晶片製程不斷逼近物理極限，單純依靠電晶體尺寸縮小已經越來越難以帶來性能躍升。那麼，下一代晶片性能提升的突破口在那裡？

最近深入研究這份關於應變矽MOSFET（Strained Silicon MOSFET）技術的資料後，我發現一個非常關鍵的趨勢：先進電晶體的競爭，正在從“尺寸微縮”轉向“材料工程與結構創新”。

所謂應變矽技術，就是通過人為引入機械應力，改變矽晶格結構和電子能帶狀態，從而提升載流子遷移率，讓電子和空穴能夠更快速地運動。正是這一技術，使得45nm、32nm甚至更先進節點的CMOS器件能夠持續突破性能瓶頸。

從PMOS中的嵌入式SiGe壓縮應變技術，到NMOS中的Si:C拉伸應變、應力記憶技術（SMT），應變工程已經成為先進半導體製造中不可或缺的一環。它不僅提升了電晶體驅動電流，也為FinFET、GAA等新一代電晶體結構的發展奠定了重要基礎。

今天，小編就帶大家一起深入拆解應變矽MOSFET技術背後的物理原理、關鍵工藝以及它如何推動半導體產業跨越製程極限。

一、這份材料真正想說明什麼？

應變矽技術通過機械應力工程改變半導體晶格結構和電子能帶，實現載流子遷移率提升，是先進CMOS性能增強的重要技術路線。從SiGe PMOS應變、Si:C NMOS應變，到應力記憶技術和雙應力襯層，應變工程貫穿了90nm到先進FinFET節點的發展歷程，並成為突破傳統縮放極限的重要手段。

二、應變技術成為突破MOSFET性能瓶頸的重要路徑

MOSFET性能提升主要取決於柵氧電容（Cox）、柵極控制能力、載流子遷移率（Mobility）、源漏寄生電阻（Rsd）

其中，遷移率提升是提高驅動電流（Ion）的關鍵因素。

文件指出，在傳統尺寸縮放之外，先進器件需要通過High-k材料+金屬柵；多柵結構（FinFET、Gate-All-Around）；應變技術；降低源漏寄生電阻等多種方式共同提升性能。

三、應變矽技術的核心原理：改變晶格，提高遷移率

應變技術的本質：通過機械應力改變矽晶體原子排列，使電子或空穴更容易在晶格中運動。

當矽晶格受到外部應力時，能帶結構發生變化；電子有效質量降低；散射減少；載流子遷移率提升。

因此，NMOS需要拉伸應力（Tensile Stress），促進電子遷移，提高電子遷移率。

PMOS需要壓縮應力（Compressive Stress）促進空穴遷移，提高空穴遷移率

四、應變技術提升性能的物理機制

矽中的電子分佈在不同能谷（Valley）中。

通過應變2-fold valley和4-fold valley之間能量差增加；電子從高品質能谷轉移到低品質能谷；平均導電有效質量降低。

結果，電子移動速度提高；谷間散射減少；NMOS遷移率提升。

應變改變晶格結構後，減少電子/空穴散射；提高載流子壽命；增強電晶體導通能力。

最終表現為更高Ion；更低功耗；更快開關速度。

五、先進應變技術路線：從材料到工藝全面最佳化

🔷1. SiGe嵌入式源漏技術（Embedded SiGe）

這是提升PMOS性能最重要的技術之一。

基本原理：在PMOS源漏區域嵌入SiGe材料。由於SiGe晶格常數大於Si：→ 對溝道產生壓縮應力。

效果：增強空穴遷移率；提升PMOS驅動電流。Intel在45nm及之後工藝中廣泛採用該技術。

文件指出，SiGe形狀會影響應力傳遞效率。相比U型SiGe；D型（Diamond-shaped）SiGe，能夠更靠近溝道施加應力。

優勢：空穴遷移率提升約20%；PMOS Ion提升約10%。

對於NMOS，通常採用Si:C（矽碳）源漏結構。

由於碳原子尺寸小於矽，形成橫向拉伸應力；提升電子遷移率。

實驗顯示，Si:C源漏可以帶來約10%-20%的驅動電流提升。

Stress Memorization Technique，主要用於NMOS。

將應力轉移並“凍結”到晶體結構中；

特點：不需要永久應力層；無版圖依賴；提升電子遷移率。

🔷4. 應力襯層技術（Stress Liner）

SSL（Single Stress Liner）單應力層 拉伸SiN用於NMOS。

拉伸層增強NMOS；壓縮層增強PMOS。

理論上可以同時最佳化電子；空穴；遷移率。但存在工藝複雜；邊界區域缺陷；良率問題。因此產業中進行了折中最佳化。

六、應變技術推動先進節點發展

文件指出，應變技術首次應用於90nm節點後，其貢獻不斷增加。

隨著製程縮小90nm；65nm；45nm；32nm，應變工程成為提升驅動電流的重要來源。

特別是在32nm時代，應力技術使PMOS空穴遷移率提升達到約3.5倍。

其中SiGe對PMOS貢獻最大；Si:C用於NMOS，但效率相對較低。

七、應變技術與FinFET、GAA時代的關係

雖然現代電晶體已經從Planar MOSFET發展到FinFET；Gate-All-Around（GAA）。但應變工程依然重要。

未來奈米片GAA；CFET；三維電晶體仍需要通過材料選擇；源漏工程；外延技術持續最佳化溝道遷移率。

當傳統電晶體尺寸微縮逐漸逼近物理極限後，僅依靠縮小柵長已經難以持續提升性能。應變矽技術通過人為改變矽晶格結構，引入拉伸或壓縮應力，提高電子和空穴遷移率，從而增強NMOS和PMOS器件性能，成為45nm、32nm及更先進節點CMOS技術的重要性能增強手段。 (芯聯匯)

加密市場波動與瘋狂加息節奏，正在沖垮一批銀行。

當地時間3月8日，掙扎已久的加密銀行Silvergate（SI.N）宣布“關張大吉”，將所有存款退還客戶。

當地時間3月9日，專門為矽谷科技公司提供金融服務的矽谷銀行Silicon Valley Bank (母公司SVB Financial，美股代碼SIVB，以下簡稱“SVB”）宣佈出售210億美元的可銷售證券，遭受了18億美元的虧損，疑似出現流動性問題，受該消息影響，SVB股價當日暴跌超過60%，市值蒸發94億美元。

眼瞧著SVB走上Silvergate的“不歸路”，恐慌情緒也隨之迅速蔓延。

“矽谷教父”Peter Thiel的風投基金Founders Fund直接建議投資的公司從SVB撤資，Coatue在內的幾家風投公司也建議其投資組合公司考慮從SVB撤資；Y Combinator CEO Garry Tan也發出警告，建議被投企業考慮限制對貸方的敞口，最好不要超過25萬美元……

事情的進展速度遠超外界想像，當地時間3月10日，美國聯邦存款保險公司表示，SVB被加州監管機構關閉。

SVB並不是今年關門的第一家銀行，但它的體量要遠比之前的Silvergate大得多，SVB擁有超過兩千億美元的資產，對於SVB爆雷是否會釀成整個金融系統的危機，華爾街分析師顯得比較樂觀：不可能造成更廣泛的銀行業問題，SVB的麻煩不會在銀行業蔓延，整個行業不會受影響，尤其是大銀行。

成立於1986年的Silvergate是一個位於美國加州社區零售銀行，幾十年來一直保持沉寂，直到2013年決定進入加密行業。

Silvergate將自身定位為通往加密貨幣領域的門戶，接受加密貨幣交易所和交易商的存款，建立了自己的加密貨幣結算支付網絡SEN（Silvergate Exchange Network），是那些希望與傳統銀行系統聯繫起來的加密公司的重要合作夥伴。

摩根大通在其研究報告中表示，Silvergate一直是1000多家加密市場參與者（包括主要加密交易平台、礦企、穩定幣發行方、做市商和數字資產基金經理）的門戶，這些相關方一直在使用SEN，在他們的Silvergate賬戶和其他Silvergate客戶的賬戶之間轉移法幣。

“當初大多數銀行由於不理解或出於謹慎等種種原因，不願意接納加密行業的個人和公司開戶。這個時候，Silvergate特立獨行地去擁抱加密行業，大量的加密行業資金自然而然地流入Silvergate，它再拿這些錢去做投資賺收益。”上海交通大學上海高級金融學院教授、前美聯儲高級經濟學家胡捷對21世紀經濟報導記者表示。

從2020年三季度到2021年四季度的加密牛市中，比特幣價格從一萬美元一度飆升至近七萬美元，Silvergate的存款也直接從23億美元飆升至143億美元，這其中絕大部分為加密行業流入的無息存款。

本來，如果一切順利，Silvergate只需要將這些錢大量投入美國國債和MBS（抵押支持債券），不需要冒很大風險就可以賺得盆滿缽滿，而Silvergate也是這麼做的。

根據資產負債表，截至2022年9月30日，Silvergate購入了約114億美元的證券，包括市政債券、MBS和國債等，與此同時，Silvergate還放出去了大約14億美元的貸款，包括3億美元的BTC貸款以及一些房地產貸款，比例並不高。

“銀行攬到的大量資金首先要用起來，肯定是要把一部分資金投到國債這種相對比較保險的資產裡面，雖然現在看，這些銀行是在利率低位大量買入的，但在當時的市場情況下，也並沒有更好的選擇。”胡捷對記者表示。

“本來拿著這些債券到期，銀行並不會虧損，頂多收益差一點。但如果銀行出於某種原因被迫要出售這些債券，那最終的盈虧就直接跟當下的市場利率環境掛鉤了。比如銀行手裡的債券只有1%的利息，但是現在市場利率是5%，銀行就只能把當初100塊錢買的債券，現在以96塊錢的價格賣出去，補足這5%的回報，問題是這種事做多了就會產生大量虧損，進而影響各種指標，市場消息一發酵，更多的儲戶都來取錢，銀行又被迫賠錢賣出更多的長期資產，最終陷入流動性枯竭的惡性循環。”胡捷分析道。

2022年11月，頭部加密貨幣交易所FTX爆雷引發“行業塌方”，將Silvergate帶入不歸路。投資者向加密機構要錢，加密機構去Silvergate取錢，這直接導致Silvergate的無息存款在2022年四季度從120億美元降至39億美元，並開始不得不以巨額虧損拋售長期資產來償還。

“我們很遺憾看到Silvergate做出艱難決定來有序減少他們的業務。Silvergate是加密經濟增長的合作夥伴和貢獻者。”加密貨幣交易所Coinbase在Silvergate宣告退場時表示。

“高風險高回報，Silvergate受益於加密市場而快速發展，但風向一變，加密的這幫哥們儿都來提錢，就把它給擠兌完了。”胡捷調侃道。

雖然並不直接與加密相關，但同樣的邏輯也發生在SVB身上。

時針往前調，2020年下半年疫情擔憂褪去後，美聯儲仍在承諾著維持零利率，量化寬鬆持續進行。

除了加密行業進入牛市，全球的科技企業也迎來融資熱潮，創業公司貸款和風投額度的快速增長使科技初創企業手裡積累的大量的現金和存款，而這些存款很大程度流入了SVB，大量湧入的快錢使得SVB走入了Silvergate先行踏進的陷阱。

2020年6月至2021年12月，SVB的存款由760億美元上升到超過1900億美元，增幅接近2倍，此時美聯儲還沒有開始加息，SVB購買了大量的國債和MBS。

根據季度報表，2020年年中到2021年末，SVB增持了120億的國債，持有量從40億美元增長到了160億美元。同時，SVB還增持了大約800億美元的MBS，持有量從200多億美元增長到了1000億美元，達到了總資產的一半。

但在美聯儲的瘋狂加息節奏以及通脹居高不下的情況下，利息上漲、對經濟衰退的擔憂以及首次公開募股進程的放緩，使得初創企業更難籌集到更多現金，而研發和市場開拓仍要繼續，進而不得不大量消耗銀行存款。

自2022年3月觸頂後，SVB的存款就一直處於流出狀態，2022年全年存款總額下降了160億美元，大約佔存款總額的10%，活期無息存款更是由1260億美元驟降至810億美元。

因此，在SVB宣佈出售210億美元的AFS資產並造成了18億美元的損失時，市場的恐慌情緒便立刻開始發酵。

“銀行的模式是右手吸收存款，然後左手拿著存款去投資，賺中間的利息差，這導致所有銀行存在一個共同風險：流動性風險，或者叫期限錯配風險。因為右手的存款期限和左手的投資期限是不匹配的，最極端的例子，所有的存款都是活期的，儲戶隨時都可以把錢提走，但是投資離到期收回是有期限的，這種情況下，所有的銀行都害怕擠兌，這是銀行商業模式的脆弱之處。”胡捷對記者表示。

作為矽谷最重要，同時也是全美前20大的銀行，SVB的目標市場定位聚焦高新技術企業，採取的模式是投貸聯動，左手端的放貸對像是接受過風投機構A輪或A+輪投資的企業；在負債端，即右手的存款端，SVB沒有個人儲蓄業務，不吸收公眾存款，其資金來源於貸款客戶及風投機構的存款。

“客戶構成屬於風險控制的一部分，你攬的是誰的存款，這些資金夠不夠穩定支持你去做投資，都需要仔細考量。”胡捷表示。

更加令市場擔憂的是，在SVB爆雷之後，其它對科技企業有大量敞口的銀行是否會遭受擠兌，以及這場危機是否會蔓延開來。

胡捷認為風險並不會大範圍蔓延，“像矽谷銀行的儲戶，很多是初創的科技公司，這些公司的經營狀況本身往往就大起大落，它們大規模提現的可能性就比較大，在這種負債端的資金來源不穩定的情況下，銀行的資金管理就要特別小心。相反，如果是一個位於老齡化比較嚴重地區的銀行，吸收的是一些更為穩定的養老金，那就不太會發生擠兌。”

摩根大通分析師Vivek Juneja認為，市場的拋售是反應過度，因為大銀行的流動性比小銀行多得多，他們的商業模式也更多元化，有大量的資本，風險管控得更好，而且受到監管方更多的監督。

3月10日，美國財政部長耶倫表示，財政部正圍繞著SVB發生的事件，密切關注幾家其他銀行的經營狀況，前財政部長薩默斯則直接表示，預計SVB金融集團的崩潰不會對金融系統構成“系統性風險”。

美股在3月10日開盤後，銀行股繼續普跌。其中，阿萊恩斯西部銀行（WAL.N）跌超20%，第一共和銀行（FRC.N）跌超14%，Signature Bank在下跌22%之後暫停交易。（21Tech）

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