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來源：半導(dǎo)體芯聞，編譯自allaboutcircuits自1947 年首次出現(xiàn)在貝爾實驗室到今天，晶體管給電子行業(yè)帶來的變革可能比任何其他組件都要大。晶體管在現(xiàn)代技術(shù)的創(chuàng)新中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。雖然晶體管主要用于模擬電路中的放大和數(shù)字電路中的開關(guān)，但密集的研究和開發(fā)繼續(xù)為基于晶體管的新應(yīng)用打開大門。

晶體形態(tài)決定了能帶結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)決定了電學(xué)特性。所以，硅（鍺）晶體作為半導(dǎo)體材料，才有這么大的應(yīng)用價值。 二極管、三極管、四極管，是從功能上進(jìn)行命名。電子管（真空管）、晶體管（硅晶體管、鍺晶體管），是從原理上進(jìn)行命名。 后來，基于晶體管，電路越做越小，集成在硅這樣的半導(dǎo)體材料上（沒有了電線），才叫集成電路。

3D 薄體趨勢將從這些 3D 晶體管延續(xù)到 3D 堆疊晶體管、3D 單芯片（Monolithic）電路和多芯片封裝。在某些情況下，這種 3D 趨勢已經(jīng)達(dá)到了頂峰。例如，電荷陷阱（charge-trap）存儲器晶體管陣列的規(guī)律性使 NAND 閃存成為第一個從 2D 電路過渡到 3D 電路的 IC。

近期有數(shù)家晶圓廠宣布，其3納米或2納米邏輯芯片的量產(chǎn)技術(shù)將轉(zhuǎn)移陣地，從主流的鰭式場效晶體管（FinFET）制程，改以納米片（nanosheet）的晶體管架構(gòu)制造。imec將于本文回顧納米片晶體管的早期發(fā)展歷程，并展望其新世代架構(gòu)，包含叉型片（forksheet）與互補(bǔ)式場效晶體管（CFET）。

但另一種解決日益困難的問題的方法是進(jìn)一步完善每個芯片的基本組成部分:晶體管。“制程節(jié)點只是衡量進(jìn)展的一個指標(biāo)，”J.Gold Associates首席分析師杰克?戈爾德(Jack Gold)表示?！拔艺J(rèn)為更重要的是晶體管本身的設(shè)計，而不僅僅是過程節(jié)點。

作者關(guān)注的是：在方形薄壁管軸向壓潰過程中，材料初始織構(gòu)及其演化是否會影響整體壓潰力、平均吸能能力和局部折疊模式。為解決這一問題，作者提出了一種并發(fā)多尺度建模方法：宏觀結(jié)構(gòu)層面采用顯式有限元模擬方管壓潰；每個積分點內(nèi)部嵌入一個由多個 FCC 晶粒組成的多晶聚集體；晶粒層面采用 Marin 晶體塑性模型描述滑移、硬化和晶格旋轉(zhuǎn)；最后通過 Taylor 型均勻化獲得積分點平均應(yīng)力。

這種方法制作的有機(jī)-無機(jī)混合介電層，可以極大降低薄膜晶體管驅(qū)動時的漏電流，因此它能夠支持顯示器以低功率驅(qū)動。此外，這種具有優(yōu)良物理特性的介電層，它的制造并不復(fù)雜，可以使用一些常見解決方案。綜合來看，這意味著這種新方案可以極大降低薄膜晶體管制造成本。另一方面，這種材料還因為支持低溫?zé)崽幚砉に?，能夠讓制造商在柔性基板上制造薄?em>晶體管。

從技術(shù)進(jìn)展來看，H100有6項突破性創(chuàng)新： 1）先進(jìn)芯片：H100采用臺積電4N工藝、臺積電CoWoS 2.5D封裝，有800億個晶體管（A100有540億個晶體管），搭載了HBM3顯存，可實現(xiàn)近5TB/s的外部互聯(lián)帶寬。 H100是首款支持PCIe 5.0的GPU，也是首款采用HBM3標(biāo)準(zhǔn)的GPU，單個H100可支持40Tb/s的IO帶寬，實現(xiàn)3TB/s的顯存帶寬。

為了驗證利用上述技術(shù)方法制作的氮化硅晶體管的散熱性，研發(fā)小組同時還在碳化硅基底上制作了同樣形狀的晶體管，并進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，金剛石基底的晶體管的散熱性是碳化硅基底晶體管的2.3倍。此外，此次制作的金剛石基底晶體管的散熱性也高于基于其他先進(jìn)金剛石基底制作的晶體管，成功提升了晶體管的散熱特性（下圖3d）。

WD2803是一個8達(dá)林頓晶體管陣列，高電壓和大電流描述WD2803是一種單片高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列。它由八個NPN達(dá)林頓對組成，具有高壓輸出和用于開關(guān)感性負(fù)載的共陰極位二極管。單個達(dá)林頓對的集電極額定電流為500mA。達(dá)林頓對可以并聯(lián)以獲得更大的電流能力。應(yīng)用包括繼電器驅(qū)動器，錘式驅(qū)動器，燈驅(qū)動器，顯示驅(qū)動器(LED氣體放電)，線路驅(qū)動器和邏輯緩沖器。

WD2803是一個8達(dá)林頓晶體管陣列，高電壓和大電流描述WD2803是一種單片高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列。它由八個NPN達(dá)林頓對組成，具有高壓輸出和用于開關(guān)感性負(fù)載的共陰極位二極管。單個達(dá)林頓對的集電極額定電流為500mA。達(dá)林頓對可以并聯(lián)以獲得更大的電流能力。應(yīng)用包括繼電器驅(qū)動器，錘式驅(qū)動器，燈驅(qū)動器，顯示驅(qū)動器(LED氣體放電)，線路驅(qū)動器和邏輯緩沖器。

利用CPFEM方法對鈦合金圓棒拉伸過程進(jìn)行模擬，使用UMAT子程序以及Abaqus有限元軟件作為晶體塑性有限元分析的實現(xiàn)方式。并且，在一些復(fù)雜工藝條件下如切削、軋制、沖壓等，CPFEM方法同樣適用，能夠模擬材料變形過程中的非線性行為和動態(tài)響應(yīng)。

方鋼管混凝土短柱數(shù)值模擬幾何模型如下所示：圖1混凝土模型圖2鋼管模型圖3壓板模型圖4方鋼管混凝土短柱裝配模型（2） 材料屬性：混凝土材料采用 ABAQUS 中的塑性損傷模型，鋼管采用隨動強(qiáng)化彈塑性模型。

顯式模擬的顯著優(yōu)勢就是在大變形接觸方面，通過大變形測試顯式晶體塑性計算效率。共包含兩個案例。案例一：包含1000個晶粒20萬單元在工程應(yīng)變30%情況下，多晶變形模擬的結(jié)果。其中初始取向隨機(jī)，采用質(zhì)量縮放加快求解效率，模擬采用經(jīng)典的唯象模型，硬化基于Voce硬化定律（Vpsc應(yīng)用的硬化）（可以考慮初始的高應(yīng)變硬化以及后期的低應(yīng)變硬化）。模擬材料為鎳基高溫合金，參數(shù)取自文獻(xiàn)。

為了應(yīng)用該模型準(zhǔn)確模擬材料的宏觀力學(xué)響應(yīng)，必須確定該模型相關(guān)材料參數(shù)。作者結(jié)合fcc晶體材料滑移系和孿生系的晶體學(xué)特征，根據(jù)前人對Cu的研究結(jié)果，最終得出晶體塑性模型Cu單晶材料參數(shù)。建立如圖1所示的Cu單晶CPFE模型。

在編寫顯式晶體塑性時，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)值震蕩。如果確實發(fā)生，結(jié)果通常是無界的、非物理的，并且通常以振蕩解為特征。這種問題常出現(xiàn)在晶體塑性本構(gòu)模型里面！可以將編寫后的顯式程序與原本的隱式結(jié)果對比尋找問題。并驗證結(jié)果的可靠性。顯式晶體塑性結(jié)果展示：應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)軋制織構(gòu)復(fù)現(xiàn)壓縮織構(gòu)復(fù)現(xiàn)拉伸織構(gòu)復(fù)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)

，分析了溫度對再結(jié)晶的影響，以及定向形核和生長選擇兩類機(jī)制的差異，同時模擬了順序耦合的 DRX→SRX（退火）過程及異常晶粒長大（AGG），模擬效果如下：根據(jù)作者提供的思路（相對簡單清晰），可以編寫對應(yīng)的子程序，完整晶體塑性和元胞自動機(jī)的完全耦合，同樣使用隱式umat實現(xiàn)。

重劃分 Remeshing + 狀態(tài)變量映射（最通用） 當(dāng)網(wǎng)格畸變到閾值，換一張“干凈網(wǎng)格”，把舊網(wǎng)格的歷史狀態(tài)（取向、硬化、位錯密度等）映射到新網(wǎng)格繼續(xù)算——這是很多晶體塑性/微觀模擬里最常用的工程化路線。

模擬包含200個晶粒的多晶模型，使用平面應(yīng)變簡化，拉伸變形30%，模擬拉伸過程中裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，其中斷裂總能量包含彈性變形能和塑性耗散功兩部分，模擬結(jié)果如下初始多晶模型：網(wǎng)格劃分（CPE4網(wǎng)格）：相場分布（0：材料完好，1：材料完全失效）：退化程度分布：歐拉角（phi）分布：可以看到耦合相場的晶體塑性模型具有潛在的預(yù)測裂紋萌生和發(fā)展的能力

擴(kuò)展黃永剛原始晶體塑性程序加入AF背應(yīng)力模擬金屬疲勞問題參考文獻(xiàn)：《Low-cycle fatigue life prediction of a polycrystalline nickel-base superalloy using crystal plasticity modelling approach》在原始程序中修改流動方程，加入背應(yīng)力項，引入運(yùn)動硬化項，從而可以描述多晶金屬循環(huán)加載中的包辛格效應(yīng)