最先进芯片要来了?美科学家成功研发高性能二维半导体晶圆
原创
2023-09-20 17:24 星期三
财联社 黄君芝
①科学家将一种高性能的二维半导体制成了全尺寸的工业规模晶圆;
②半导体材料硒化铟(InSe)可以在足够低的温度下沉积,从而与硅芯片集成。

财联社9月20日讯(编辑 黄君芝)今天的半导体行业正在努力应对三重任务:提高计算能力,减小芯片尺寸,并控制好功率。为了满足这些需求,该行业必须找到超越硅性能的替代品,生产适合日益增长的计算设备。

硅最大的缺点之一是它不能做得很薄,因为它的材料特性基本上局限于三维空间。由于这个原因,二维半导体——薄到几乎没有厚度(几乎可以忽略不计),已经成为科学家、工程师和微电子制造商感兴趣的对象。

更薄的芯片组件将对设备中的电流提供更好的控制和精度,同时降低供电所需的能量。二维半导体也有助于将芯片的表面积保持在最小。但直到最近,制造这种材料的尝试都没有成功。

某些二维半导体本身表现良好,但需要相当高的温度来沉积,它们破坏了底层的硅芯片。其他的可以在硅兼容的温度下沉积,但它们的电子特性(能量使用、速度和精度)都不太适合。有些符合温度和性能要求,但在工业标准尺寸下无法达到必要的纯度。

现在,美国宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员已经将一种高性能的二维半导体制成了全尺寸、工业规模的晶圆。此外,半导体材料硒化铟(InSe)可以在足够低的温度下沉积,从而可以与硅芯片集成。

最新研究结果已于近期发表在了《物质》杂志上。

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“半导体制造是一个工业规模的制造过程,”研究人员说,“除非你能在工业规模的晶圆上生产,否则你不会有一种可行的材料。批量生产的芯片越多,价格就越低。但材料也必须是纯净的,以确保性能。这就是硅如此普遍的原因——你可以在不牺牲纯度的情况下大量生产它。”

长期以来,铟硒一直被认为是先进计算芯片的二维材料,因为它的电荷携带能力非常好。但是,生产足够大的铟硒薄膜已经被证明是相当棘手的,因为铟和硒的化学性质倾向于以几种不同的分子比例结合,呈现出每种元素不同比例的化学结构,从而损害了其纯度。

而该团队克服了这些障碍。研究人员表示,“对于先进的计算技术而言,二维铟硒的化学结构需要恰好是两种元素之间的50:50。所得到的材料需要在大面积条件下具有均匀的化学结构才能起作用。”

除了化学纯度外,该团队还能够控制和调整材料中晶体的方向,通过为电子传输提供无缝环境,进一步提高半导体的质量。

“半导体材料的两个最重要的品质是化学纯度和晶体秩序,最重要的工业品质是可扩展性。而这种材料符合所有条件。”他们说。

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