Инженеры MIT «выращивают» атомарно тонкие транзисторы поверх компьютерных чипов

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике по лицензии Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Вы не имеете права изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Новые приложения искусственного интеллекта, такие как чат-боты, генерирующие естественный человеческий язык, требуют более плотных и мощных компьютерных чипов. Но полупроводниковые чипы традиционно изготавливаются из объемных материалов, которые представляют собой квадратные трехмерные структуры, поэтому объединение нескольких слоев транзисторов для создания более плотной интеграции очень сложно.

Однако полупроводниковые транзисторы, изготовленные из сверхтонких двумерных материалов, каждый толщиной всего около трех атомов, можно компоновать друг с другом для создания более мощных чипов. С этой целью исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали новую технологию, которая позволяет эффективно и результативно «выращивать» слои 2D-материалов из дихалькогенидов переходных металлов (TMD) непосредственно поверх полностью изготовленного кремниевого чипа, чтобы обеспечить более плотную интеграцию.

Выращивание 2D-материалов непосредственно на кремниевой КМОП-пластине представляет собой серьезную проблему, поскольку для этого процесса обычно требуется температура около 600 градусов Цельсия, а кремниевые транзисторы и схемы могут выйти из строя при нагревании выше 400 градусов. Теперь междисциплинарная группа исследователей Массачусетского технологического института разработала процесс низкотемпературного выращивания, который не повреждает чип. Эта технология позволяет напрямую интегрировать двумерные полупроводниковые транзисторы поверх стандартных кремниевых схем.

В прошлом исследователи выращивали 2D-материалы в других местах, а затем переносили их на чип или пластину. Это часто приводит к дефектам, которые ухудшают работу конечных устройств и схем. Кроме того, плавный перенос материала становится чрезвычайно трудным в масштабах пластины. Напротив, этот новый процесс создает гладкий, очень однородный слой по всей 8-дюймовой пластине.

Новая технология также способна значительно сократить время, необходимое для выращивания этих материалов. В то время как предыдущие подходы требовали более дня для выращивания одного слоя 2D-материалов, новый подход позволяет вырастить однородный слой материала TMD менее чем за час на целых 8-дюймовых пластинах.

Благодаря высокой скорости и высокой однородности новая технология позволила исследователям успешно интегрировать слой 2D-материала на гораздо большие поверхности, чем это было продемонстрировано ранее. Это делает их метод более подходящим для использования в коммерческих приложениях, где ключевым моментом являются пластины размером 8 дюймов и больше.

«Использование 2D-материалов — мощный способ увеличить плотность интегральной схемы. То, что мы делаем, похоже на строительство многоэтажного здания. Если у вас только один этаж, как это обычно бывает, он не вместит много людей. Но чем больше этажей, тем больше людей будет в здании, что позволит создавать удивительные новые вещи. Благодаря гетерогенной интеграции, над которой мы работаем, у нас есть кремний в качестве первого этажа, а затем мы можем иметь много этажей из 2D-материалов, непосредственно интегрированных сверху». — говорит Цзяди Чжу, аспирант в области электротехники и информатики и соавтор статьи об этой новой методике.

Чжу написал статью вместе с соавтором Джи-Хуном Паком, постдоком Массачусетского технологического института; авторы-корреспонденты Цзин Конг, профессор электротехники и информатики (EECS) и член Исследовательской лаборатории электроники; и Томас Паласиос, профессор EECS и директор Лаборатории микросистемных технологий (MTL); а также другие сотрудники Массачусетского технологического института, Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института, Национальной лаборатории Ок-Риджа и исследовательского центра Эрикссон. Статья появилась сегодня в журнале Nature Nanotechnology.

Тонкие материалы с огромным потенциалом