Двумерные транзисторы могут появиться раньше, чем ожидалось

По информации IEEE Spectrum , это может позволить интегрировать слои двумерных транзисторов над существующими кремниевыми схемами и в конечном итоге создать многоярусные 3D-чипы из двумерных устройств.

«Многие считают, что двумерные полупроводники всё её находятся на стадии лабораторных исследований, — говорит генеральный директор и соучредитель CDimension Цзяди Чжу. — Но у CDimension есть собственный инструмент для выращивания двумерных материалов… и мы решили множество критических [двумерных материалов] проблем, связанных с однородностью на уровне пластины, производительностью и вариативностью устройств, надёжностью устройств и совместимостью с процессами производства кремния». По его словам, в совокупности 2D-полупроводники готовы к переходу на промышленную стадию разработки.

Большая часть планов CDimension основана на запатентованном процессе выращивания одного слоя MoS2 на кремнии и других подложках при температуре всего около 200 °C на 300-миллиметровых пластинах. Двумерные материалы формируются методом химического осаждения из газовой фазы, при котором испаряющиеся химические вещества-прекурсоры вступают в реакцию с поверхностью, покрывая её. Но обычно для получения двумерных материалов требуется температура выше 1000 °C. Температура настолько высока, что может повредить все нижележащие структуры, необходимые для создания транзисторов. Сегодня исследователи решают эту проблему, нанося 2D-полупроводник отдельно, а затем аккуратно перенося его на кремниевую пластину. Но система CDimension может выращивать материалы прямо на кремниевой пластине без повреждений.

Производители чипов, такие как Intel, Samsung и TSMC, сообщили об исследованиях, направленных на замену кремниевых нанолистов в их будущих транзисторах на MoS2 и другие двумерные полупроводники, на Международной конференции по электронным устройствам IEEE в декабре 2024 года. На той же конференции Чжу и его коллеги из лабораторий Массачусетского технологического института, где работают члены IEEE Томас Паласиос и Цзин Конг, показали, что низкотемпературный синтез позволяет получать транзисторы на основе MoS2 с несколькими расположенными друг над другом каналами, подобно транзисторам на основе нанолистов. (Паласиос является стратегическим консультантом CDimension.) Уменьшив размер устройства, команда прогнозировала, что такие устройства смогут соответствовать требованиям будущего техпроцесса 10A (1 нанометр) и даже превосходить их с точки зрения энергопотребления, производительности и занимаемой площади.

По словам Чжу, основной мотивацией для перехода на 2D-полупроводники является снижение энергопотребления. Транзисторы теряют энергию как во время работы (динамическая мощность), так и во время простоя (статическая мощность). Поскольку толщина 2D-транзисторов составляет чуть более 0,6 нанометра, они обладают свойствами, которые позволяют им работать при напряжении, вдвое меньшем, чем у современных кремниевых устройств, что экономит динамическую мощность. Когда они выключены, больше всего нужно беспокоиться о токе утечки. Но у MoS2 ширина запрещённой зоны более чем в два раза превышает ширину запрещённой зоны кремния, а это значит, что для утечки заряда через устройство требуется гораздо больше энергии. Чжу говорит, что устройства, изготовленные с использованием материалов CDimension, потребляют в тысячу раз меньше энергии, чем кремниевые устройства.

Помимо MoS2, который является полупроводником с электронной проводимостью (n-типа), стартап также предлагает диселенид вольфрама, полупроводник p-типа, а также 2D-изоляционные плёнки, такие как гексагональный нитрид бора. Вся эта комбинация понадобится, если 2D-полупроводники когда-нибудь заменят CMOS чипы.

Сообщение Двумерные транзисторы могут появиться раньше, чем ожидалось появились сначала на Время электроники.