世界最小晶体管！三星首次实现逻辑半导体垂直堆叠

6月17日，三星电子正式对外宣布了一项重磅消息：其半导体研发中心科研团队，在全球范围内首次成功构建出栅极间距仅为42纳米的3D垂直堆叠晶体管结构。更值得一提的是，这一突破性成果已被选为2026年VLSI国际研讨会（将于日本京都召开）的最佳论文。

这项技术之所以备受瞩目，核心在于它首次将原本仅应用于存储芯片的三维堆叠理念，成功迁移并适配至逻辑半导体领域。说白了，就像三星凭借V-NAND技术打破了NAND闪存的传统平面瓶颈，又依托HBM技术通过多层芯片堆叠在AI内存需求浪潮中站稳脚跟一样——如今，同样的思路开始向逻辑芯片方向延伸。

三星电子半导体研发中心高级研究员权旭贤对此深有感触。他指出，业内资深专家们长期以来都在琢磨一件事：如何通过垂直堆叠来突破芯片面积约束。V-NAND之于NAND闪存、HBM之于DRAM，都是这一思路的成功示范。而现在，这个趋势正在顺理成章地延伸到逻辑芯片设计层面。

目前，主流逻辑芯片依然依赖二维平面布局来提升晶体管密度。但随着制程微缩不断推进，问题也开始冒头：晶体管间串扰加剧、绝缘性能下降，物理极限已经逐步逼近。业界的一个普遍共识是，转向立体化、上下堆叠的新型器件架构，将成为延续摩尔定律的重要突破口。三星电子半导体研发中心TL负责人郑永彩打了个比方：“当晶体管水平间距不断收窄，栅极介质层随之变薄，一旦低于临界厚度，绝缘能力就急剧劣化。而如果把器件从‘平铺’改为‘层叠’，就等于绕开了横向空间限制——这就好比把低密度的独栋社区升级成集约的高层住宅群。”

借助这一创新结构，研发团队成功将栅极间距压缩至42纳米，比目前业界公开报道的最小值48纳米再进一步。更关键的是，团队还首创性地实现了上下两层晶体管之间的直接电气连接，显著提升了单位面积内的功能集成度。权旭贤强调得很直白：“42纳米是迄今全球范围内实现的最小晶体管栅极间距纪录，而我们是首个完成上下晶体管直连结构验证的研究团队。”

研究团队预判，这项技术有望大幅增强企业在人工智能与高性能计算等前沿领域的芯片供给能力。三星电子半导体研发中心首席研究员黄东勋表示：“垂直堆叠结构能在同等硅片面积内容纳更多晶体管，完美契合AI时代客户对芯片小型化、低功耗及高性能的多重诉求。”

基于本次基础研究成果，三星电子已经启动了面向量产落地的技术转化工作。权旭贤将现阶段定位为“制造标准砖块”，接下来的目标就是“用砖建房”——围绕系统化工程开发，加速推动这项技术走向商业化应用。