试想用数百张极薄且略有差异的材料片搭建一座塔，每一片都试图自行弯曲或扭曲，这有多难？

这正是imec和根特大学的研究人员在300毫米晶圆上生长出120层交替排列的硅和硅锗（SiGe）层时所实现的——这是向三维动态随机存取存储器（DRAM）迈进的关键一步。乍看之下，这像是堆叠纸张；实际上，这更像用天然具有分离倾向的材料来平衡一座纸牌屋。

挑战始于晶格失配。硅和硅锗晶体的原子间距存在细微差异，因此当它们堆叠时，各层自然会产生拉伸或压缩变形。这就像试图将一副扑克牌按顺序叠放——如果中间每两张牌都比前一张稍大，没有精准对齐就会导致整副牌扭曲倒置。在半导体领域，这种“倒置”现象会形成错位缺陷，这些微小瑕疵可能严重影响存储芯片的性能表现。

为了解决这个问题，研究团队仔细调整了SiGe层中的锗含量，并尝试添加碳元素——这种物质就像一种微妙的粘合剂，能够缓解应力。他们还在沉积过程中保持了极其均匀的温度，因为即使反应器中出现轻微的过热或过冷区域，也可能导致生长不均匀。

交替排列的硅和硅锗双层结构形成120层堆叠，展示了用于三维DRAM应用的多层结构。（图片来源：B. N. Khan、J. F. M. Van Hove、M. Meuris，《应用物理杂志》，AIP出版社，2025年。）

这个过程本身使用的是先进的外延沉积技术，就像用气体作画。硅烷和锗烷——含有硅和锗的气体——被分解在晶圆表面，留下精确的纳米级薄层。控制每一层的厚度、成分和均匀性至关重要；即使是很小的偏差也会通过堆叠传播，放大缺陷。

那么，为什么要如此费力呢？传统DRAM的存储单元采用平面布局，导致存储密度受限。通过垂直堆叠——即三维结构——可以在相同面积内容纳更多存储单元，从而在不增大芯片尺寸的情况下提升存储容量。成功实现120层双层结构证明了垂直缩放技术的可行性，这让我们离下一代高密度存储设备更近了一步。

将每个双层结构想象成摩天大楼中的一个故事，如果其中一层错位，整栋建筑就会变得不稳定。通过控制应变并保持各层均匀，研究人员成功构建了一个由硅和SiGe构成的纳米级摩天大楼，其单位面积可容纳数千个存储单元。

这项技术的影响远不止于存储芯片。精确的多层结构生长技术可以推动三维晶体管、堆叠逻辑器件乃至量子计算架构的发展，而控制原子层面的层特性对这些领域至关重要。三星已经将三维动态随机存取存储器（DRAM）纳入其研发路线图，甚至还专门设立了一个研发机构来研究这项技术。

此外，这项研究与当前开发全环绕栅场效应晶体管（GAA-FET）和互补场效应晶体管（CFET）技术的持续努力相契合。这些先进晶体管架构得益于外延生长技术对材料特性的精准控制，能够制造出更小、性能更强的晶体管——这对电子设备持续微型化的发展至关重要。

总而言之，这绝非简单的硅片堆叠——它通过原子层面的张力构建出自然界都难以复制的精密结构。对于存储技术而言，正如每次重大突破都会引发的讨论，这项里程碑式的技术革新将彻底改变芯片设计方式，使其密度更高、运行速度更快、可靠性更优，堪称行业革命性突破。