想象一下，尝试用数百张极其纤薄且略有差异的材料薄片搭建高塔——每片材料都自带弯曲或翘曲倾向。这正是比利时微电子研究中心（imec）与根特大学的研究团队取得的突破：他们在300毫米晶圆上成功生长出120层交替堆叠的硅（Si）和硅锗（SiGe）薄膜，这是通向三维动态随机存取存储器（3D DRAM）的关键一步。表面看似堆叠纸张，实则更像用天生相互排斥的材料搭建卡牌屋。
核心挑战源于晶格失配。硅和硅锗晶体的原子间距存在微差异，堆叠时各层会自然产生拉伸或压缩力。这好比尝试叠放一副扑克，但每隔一张牌就略微大一圈——若缺乏精密对齐，整叠牌便会翘曲坍塌。在半导体领域，这种“坍塌”表现为失配位错，这些微小缺陷足以摧毁内存芯片的性能。
为解决该难题，研究团队通过两项关键技术实现突破：首先精确调控硅锗层中的锗元素含量，其次实验性添加碳元素——其如同微观粘合剂能有效释放应力。在沉积过程中，他们始终保持极端均匀的温度环境，因为反应腔中任何微小温差都会导致生长不均。
该工艺采用先进外延沉积技术，犹如用气体作画。含硅的硅烷与含锗的锗烷气体在晶圆表面分解，形成精确至纳米级的超薄层。控制每层的厚度、成分和均匀性至关重要，任何微小偏差都将在堆叠中被放大。
为何要如此大费周章？传统DRAM的记忆单元平铺排列限制密度，而三维垂直堆叠可在相同面积内容纳更多存储单元，实现存储容量跃升。成功构建120层双分子结构证明垂直缩放可行，为下一代高密度存储器件奠定基础。
每对双层结构堪比摩天大楼的楼层——若一层错位整栋建筑将失稳。通过精确控制应变保持层间均匀，研究人员实质上建造了纳米级的硅/硅锗摩天大厦，每单位面积可容纳数千存储单元。
这项技术的意义超越内存芯片领域。精密多层结构生长技术将推动三维晶体管、堆叠逻辑器件乃至量子计算架构的发展，这些领域都依赖原子级精度的层特性控制。三星已将3D DRAM纳入技术路线图并设立专属研发机构。
该研究还与全环绕栅极晶体管（GAAFET）和互补型场效应晶体管（CFET）技术开发形成协同效应。外延生长技术提供的材料特性精密控制，有望制造出更小而强大的晶体管，持续推动电子设备微型化进程。
这绝非简单的硅片堆叠，而是通过原子级张力调控实现有序建构，创造出自然界难以形成的结构。对于内存技术而言，正如每个突破性进展所示，这将成为重塑芯片设计的重要里程碑，未来芯片将实现前所未有的高密度、高速度与高可靠性。
