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芯片上“長”出原子級(jí)薄晶體管

作者:羅靈姣 日期:2023-12-13 08:55:08 點(diǎn)擊數(shù):

近日,美國麻省理工學(xué)院一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種低溫生長工藝,可直接在硅芯片上有效且高效地“生長”二維(2D)過渡金屬二硫化物(TMD)材料層,以實(shí)現(xiàn)更密集的集成。這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)讓芯片密度更高、功能更強(qiáng)大。

這項(xiàng)技術(shù)繞過了之前與高溫和材料傳輸缺陷相關(guān)的問題,縮短了生長時(shí)間,并允許在較大的8英寸晶圓上形成均勻的層,這使其成為商業(yè)應(yīng)用的理想選擇。

新興的人工智能應(yīng)用,如產(chǎn)生人類語言的聊天機(jī)器人,需要更密集、更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)芯片。但半導(dǎo)體芯片傳統(tǒng)上是用塊狀材料制造的,這種材料是方形的三維(3D)結(jié)構(gòu),因此堆疊多層晶體管以實(shí)現(xiàn)更密集的集成非常困難。然而,由超薄2D材料制成的晶體管,每個(gè)只有大約三個(gè)原子的厚度,堆疊起來可制造更強(qiáng)大的芯片。

讓2D材料直接在硅片上生長是一個(gè)重大挑戰(zhàn),因?yàn)檫@一過程通常需要大約600℃的高溫,而硅晶體管和電路在加熱到400℃以上時(shí)可能會(huì)損壞。新開發(fā)的低溫生長過程則不會(huì)損壞芯片。

過去,研究人員在其他地方培育2D材料后,再將它們轉(zhuǎn)移到芯片或晶片上。這往往會(huì)導(dǎo)致缺陷,影響最終器件和電路的性能。此外,在晶片規(guī)模上順利轉(zhuǎn)移材料也極其困難。相比之下,這種新工藝可在8英寸晶片上生長出一層光滑、高度均勻的層。

這項(xiàng)新技術(shù)還能顯著減少“種植”這些材料所需的時(shí)間。以前的方法需要一天多的時(shí)間才能生長出一層2D材料,而新方法可在不到一小時(shí)內(nèi)在8英寸晶片上生長出均勻的TMD材料層。

研究人員表示,他們所做的就像建造一座多層建筑。傳統(tǒng)情況下,只有一層樓無法容納很多人。但有了更多樓層,這座建筑將容納更多的人。得益于他們正在研究的異質(zhì)集成,有了硅作為第一層,他們就可在頂部直接集成許多層的2D材料。



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