Китай добился большого скачка в технологии 2D полупроводниковых пластин

Jun 24, 2023

ПониВанг/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Китайские ученые совершили значительный прорыв в мире полупроводников, сообщает South China Morning Post (SCMP). Новые 12-длинные (30,5 см) пластины толщиной всего в один атом (так называемые «2D») могут быть дешевыми и потенциально произвести революцию в полупроводниковой промышленности, утверждают их создатели. Хотя требуется дополнительная работа, чтобы превратить их в пригодные для использования микрочипы, новые пластины могут дополнить традиционные кремниевые чипы и даже бросить им вызов.

Благодаря своей тонкости новый 2D-материал демонстрирует превосходные полупроводниковые свойства. Однако команда ученых столкнулась с проблемами, когда дело дошло до увеличения размера пластин и производства их в больших количествах. «Мы доказали отрасли, что это научно осуществимо, и вселили уверенность. Если в будущем возникнет промышленный спрос, прогресс в этой области будет прогрессировать семимильными шагами», — рассказал SCMP в эксклюзивном интервью руководитель исследования профессор Лю Кайхуэй из Пекинского университета.

Как сообщается в исследовании, опубликованном в Science Bulletin, новые пластины предлагают некоторые важные улучшения по сравнению с существующими кремниевыми чипами. «Когда кремниевые транзисторы делают тоньше, их [управление напряжением] становится хуже. Ток будет существовать, даже когда устройство не работает. Это влечет за собой дополнительные затраты на электроэнергию и выработку тепла», — пояснил Лю.

Новый 2D-материал представляет собой кристаллические твердые тела с одним или несколькими атомными слоями. Благодаря своей естественной толщине на атомном уровне пластины обладают уникальными физическими свойствами и имеют потенциальное применение в высокопроизводительных электронных устройствах. «Транзистор, изготовленный из одного слоя MoS2, [типичного 2D-материала] толщиной около одного нанометра, во много раз превосходит транзистор, изготовленный из кремния такой же толщины», — добавил Лю.

«Некоторые 2D-материалы считаются важной системой материалов для интегральных схем размером 1 нм и меньше. Они также признаны в отрасли как способные продолжать или даже превосходить закон Мура, согласно которому количество транзисторов в интегральной схеме удваивается примерно каждые два года», — сказал он.

Однако на сегодняшний день ученые изо всех сил пытаются изготовить пластины из 2D-материалов с высокой однородностью и производительностью устройства, даже несмотря на то, что 2D-материалы могут существовать отдельно на каждом слое. Новые пластины можно укладывать слой за слоем, включая такие материалы, как графен или дихалькогениды переходных металлов (TMD), такие как дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, диселенид молибдена и диселенид вольфрама.

«Мы разработали новый подход, используя метод подачи «поверхность-поверхность», который обеспечивает равномерный рост», — доктор философии. Сказал кандидат Сюэ Годун, первый автор статьи. «При изготовлении пластины MoS2 в качестве источника элемента используется кристаллическая пластина халькогенида (ZnS), взаимодействующая с диспергированными в растворе расплавленными солями (Na2MoO4)», — добавил Годун.

«Наша инженерная группа в Лаборатории материалов озера Суншань разработала оборудование, основанное на этом методе. [Наше] оборудование теперь может производить 10 000 штук 2D-пластинок на станок в год», — сказал Лю.

Вы можете просмотреть исследование самостоятельно в журнале Science Bulletin.

Аннотация исследования:

Двумерные (2D) дихалькогениды переходных металлов (ДМД) рассматриваются как основные полупроводниковые кандидаты для устройств следующего поколения из-за их толщины в атомном масштабе, высокой подвижности носителей заряда и сверхбыстрой передачи заряда. По аналогии с традиционной полупроводниковой промышленностью, серийное производство TMD размером с пластину является необходимым условием для продолжения эволюции их интегральных схем. Однако производственная мощность пластин TMD обычно ограничивается одной небольшой деталью на партию (в основном от 2 до 4 дюймов) из-за строгих условий, необходимых для эффективного массового транспорта нескольких предшественников во время роста. Здесь мы разработали модульную стратегию роста для серийного производства TMD размером с пластину, позволяющую изготавливать пластины размером от 2 дюймов (15 штук в партии) до пластин рекордного размера в 12 дюймов (3 штуки в партии). Каждый модуль, включающий в себя самодостаточный локальный блок подачи прекурсоров для надежного выращивания отдельных пластин TMD, вертикально складывается с другими, образуя интегрированный массив и, следовательно, пакетный рост. Комплексные методы определения характеристик, включая оптическую спектроскопию, электронную микроскопию и транспортные измерения, однозначно иллюстрируют высокую кристалличность и однородность большой площади сразу полученных монослойных пленок. Кроме того, эти модульные блоки демонстрируют универсальность, позволяя преобразовывать MoS2 в масштабе готовой пластины в различные структуры, такие как структуры Януса MoSSe, сплавные соединения MoS2(1-x)Se2x и плоские гетероструктуры MoS2-MoSe2. . Эта методология демонстрирует высококачественную и высокопроизводительную продукцию пластин и потенциально обеспечивает плавный переход от лабораторных к промышленным двумерным полупроводниковым технологиям, дополняющим кремниевую технологию.