Новини
Как се пробиват въглеродните полупроводници?
През последните половин век полупроводниковата индустрия следва траекторията на закона на Мур да се развива с висока скорост. Днес методът за подобряване на производителността на чипове просто чрез модернизиране на процеса вече не може да отговори на нуждите на времето и полупроводниковата индустрия постепенно влезе в "ерата след Мур". Появата на ерата след Мур донесе нови възможности за развитие на развитието на интегрираната индустрия на китайската индустрия. China Electronics News стартира поредица от доклади за "проучване на разрушителните технологии на интегрални схеми в ерата след Мур", за да се справим потенциалните разрушителни технологии на интегрални схеми. Обсъдете състоянието на развитието, промишлените проблеми и бъдещите перспективи на всяка технология.
С производствения процес на чипа, наближаващ 2 нанометра, потенциалът на силиций-базираните чипове по чипове по същество е бил подслушван и не може да отговори на нуждите на бъдещото развитие на индустрията. Използването на нови материали се признава като фундаментално решение за проблеми с производителността на чипове. Ако законът на Мур наистина се провали, чипове, базирани на силиций, които постепенно се приближават към физическите лимити, вероятно ще бъдат в ситуация, в която няма никакъв начин да не се съмняваме. В този случай, полупроводниците, базирани на въглерод, са Спасителят, който ще ни покаже сцената на "ново село"? На този етап, как въглеродните полупроводници могат да излязат от "стъклената стая" на лабораторията и наистина да реализират потенциала си, все още е фокусът на вниманието и трудностите, пред които е изправена индустрията.
Полупроводниците, базирани на въглерод, имат уникални предимства
Следват закона на Мур, "златното правило" на полупроводниковата индустрия, работата на полупроводникови чипове на силиций ще се удвои на всеки от 18 до 24 месеца. Въпреки това, тъй като размерите на чипа продължават да се свиват, особено когато нивото на технологията за производство на чипове влиза в 5-нанометровия възел, развитието на силициеви чипове започва да се сблъсква с много физически ограничения и индустрията постепенно се очертава "Законът на Мур е мъртъв" и " Силиконовата технология свърши. " И други възгледи. Полупроводниците, базирани на въглерод, се считат за една от разрушителните технологии в ерата след Мур.
Полупроводник, базиран на въглерод, е полупроводников материал, разработен на базата на наноматериали, базирани на въглерод, представени от въглеродни нанотръби (CNT) и графен. Докладът за изследването на ITRS ясно посочи, че бъдещият фокус на изследването на полупроводниковата промишленост трябва да се съсредоточи върху електрониката на въглеродната основа.
За да продължи закона на Мур, изследователите продължават да изследват нови материали и нови структури на устройства. В сравнение с традиционната технология, основана на силиций, какви предимства правят полупроводниците на въглеродни зърна, които са привлекли безброй научни изследователи "състезават"?
Техническият персонал на Института за интегрирана верига в Пекин, базиран на въглерод, преди това е казал на репортера на "Китай електроника", че въглеродната технология има по-добра производителност и по-ниска консумация на енергия от силициева технология. Например, се очаква чипове, базирани на въглерод, използващи 90-нанометровия процес, да произвеждат чипове на основата на силицинг с производителност и интеграция, еквивалентни на 28-нанометровия технологичен възел, а въглеродните чипове, използващи 28-нанометровия процес, могат да постигнат 28-нанометър Чипове, еквивалентни на 7-нанометровия технологичен възел.
MA Yaobin, изследовател в Института за интегрални схеми, CCID THINK TAIN, взе въглеродните нанотръби като пример за показване на репортери от Китай Електроникски новини за технологичните предимства на полупроводниците на въглеродни зърна. "CNT (въглероден нанотръби) има изключително висока носеща мобилност, много тънък размер на тялото и отлична топлопроводимост. В сравнение със силиконовите процесори, работната скорост и консумацията на енергия на процесорите на базата на CNFET могат да имат около 3%. Предимството на две пъти, т.е. предимството на продукта за забавяне на енергията (EDP) от около 9 пъти. " Ма Яобин каза пред репортери.
Използването на графинови материали също е силно доказателство за предимствата на полупроводниците на основата на въглерод. MA Yaobin посочва репортерите, че графенът има отлични характеристики като висока мобилност на носителя и добра топлопроводимост, която позволява графенни транзистори да получат висока скорост на предаване на сигнала и добра разсейване на топлината. В бъдеще се очаква графенът да играе важна роля в реализирането на по-малки чипове с размер, 3D взаимосвързаност на пакета и оптимизиране на разсейването на топлината на чипа.
Зората на технологията на въглеродната нанотръб
Всъщност преследването на хората и проучването на полупроводникови материали, базирани на въглерод, не само започнаха през последните години. Технологията на въглеродната нанотръб, използваща нови материали, винаги е привличала вниманието на безброй учени. През 1991 г., японски физик Sumio IIJIMA, който е избран за чуждестранен академик на Китайската академия на науките, неочаквано открива въглеродни нанотръби, когато е използвал микроскоп с висока резолюция, за да наблюдава продуктите от въглеродни влакна, произведени по метода на дъгата. Според неговите наблюдения въглеродните нанотръби са изработени от въглеродни молекули, разположени в тръбна форма, която може да се разглежда като единичен слой графит в "цилиндър", който трябва да бъде приготвен от въглеродни материали като графитни пръчки от специален метод.
През август 2019 г. изследователският резултат от въглеродни нанотръби отново накара "Здравейте, свят" от герои, познати на всеки програмист глобално усещане. Документ, публикуван в списанието Природата, показа, че Макс Шулакер и колегите му в Масачузетския технологичен институт в САЩ успяха да проектират и изграждат въглероден нанотръбен микропроцесор. Този микропроцесор е 16-битов микропроцесор, произведен с повече от 14 000 транзистори на въглеродни нанотръби (CNT). Неговият метод за проектиране и производство преодолява предишните предизвикателства, свързани с въглеродните нанотръби и се очаква да бъде силиций в усъвършенстваните микроелектронни устройства. Донесете алтернатива с висока производителност. Този микропроцесор е наречен "RV16x-Nano" и успешно изпълнява програма в теста, генерираща съобщение: "Здравейте, свят! Аз съм RV16xnano, изработен от въглеродни нанотръби".
Мая Яобин пред репортери, които изследователите от ЦМС, Станфордския университет и Университета в Калифорния, Сан Диего също са разработили съвместно TOP-GATE CNFET (въглероден нанотръбен терен ефект) с дължина на врата от 10 nm и подложка на подложка от 68mV / dec.
Миналата година екипът на академиците на Китайската академия на науките и преподавателите на катедра "Електроника на пекинския университет" ЛИАНМАО и най-големите резултати от изследванията на Zhajg Zhiyong на въглеродни полупроводникови материали също дават на индустрията нова надежда в ерата след Moor . На 22 май 2020 г. отборът публикува книга "Полупроводник с висока плътност на въглеродния нанотюбет за високопроизводителна електроника" в списание "Наука", въвеждайки най-новото развитие на екипа за множество методи за саморазкриване на множество пречистване и измерение. Методът решава проблемите на материалната чистота, плътността и областта, които отдавна са измъчвали получаването на полупроводникови материали на основата на въглерод.
Напредъкът на изследванията върху полупроводниците на основата на въглерод не винаги е гладко плаване. След "големите вълни", изследванията в тази област от някои институции и компании са застанали. Още през 2014 г. IBM направи удебелен риторич, казвайки, че ще използва въглеродни нанотръби, за да произвежда чипове 5 пъти по-бързо от тогава до 2020 г., но няма по-нататъшен напредък в научните изследвания и развитието.
Въглеродните и силицийните вериги трябва да бъдат разработени по различен начин
Въпреки че полупроводниците, базирани на въглерод, представени от въглеродни нанотръби и графен, имат много технически предимства и пазарният потенциал е очевиден за всички, все още има много трудности при високо качество, масово производство и практическо приложение на полупроводници на основата на въглерод.
Не е лесно за образуване на тънки филми за обработка на VLSI вериги. Професор Wan Qing на Училището за електронни науки и инженеринг на университета в Нанджинския език изрази своето мнение до репортера на "Китай електроника": ако е пряк насочен растеж, е трудно да се получи висока плътност, перфектен полупрозрачен филм филм; За да отговори на нуждите на голяма площ (12-инчов) наномащабната технология за интегрирана верига, масовото производство и добивът на продукта могат да станат предизвикателства.
Wan Qing смята, че въпреки че едно въглеродно устройство, което вече се справя добре, в сравнение със силиконовите интегрални схеми, основите на въглеродните полупроводници все още имат определени проблеми при наномащабната ултра-мащабна интеграция и индустриалната доходност. По отношение на конвенционалните приложения с интегратна схема, въглеродните тръбни вериги може да не могат да се конкурират със силиконови вериги в момента, така че полупроводниците, базирани на въглерод, могат да се нуждаят от диференцирано развитие. В бъдеще се очаква да намери изход в нови области като сензорни и гъвкави системи.
Мая Яобин каза пред репортери, че партидната подготовка на чистота с ултра-висока полупроводници (99.9999%), в линията (ъгъл на ориентация <9°), high density (100-200/μm), and large-area uniform CNT array film currently exists. Difficulties, which hinder the rapid application of CNFET in the field of integrated circuits. "In terms of purity, the current prepared CNTs will have the symbiosis phenomenon of semiconductors and metal CNTs, and the appearance of metal CNTs will cause serious degradation of the electrical performance of devices and chips." Ma Yaobin said.
Що се отнася до графане, MA Yaobin каза, че функцията за пропускане на нулева лента на вътрешен графен носи превръщането на графона транзистор превключвател много малък, който също ще ограничи прилагането на полупроводници на основата на въглерод в логическите вериги.
От "идеалната стойност" на лабораторията до широкомащабното приложение на пазара, пътят към индустриализацията на полупроводници, базирани на въглерод, е дълъг и труден. Xu Zheng, професор в Училището на науката за Пекин Жиаоотон, каза на репортора на "Китай електроника", че в момента, полупроводникови материали, базирани на въглерод, са постигнали физически свойства, но да правят устройства, те трябва да преминат много от много Полиране на процеса. "Технологичната реализация и гаранцията за производителност на разходите са предпоставките за индустриализация на полупроводници на въглерод." Въпреки трудностите и предизвикателствата, Xu Zheng все още е пълен с надежда за бъдещето на полупроводниците на въглеродни емисии. "Ако се подобри нивото на развитие на свързаното оборудване, въглеродната полупроводникова индустрия може с подкрепата на индустриализираното оборудване, възможно е да се постигнат въглеродни полупроводници за постигане на мащабно и индустриално развитие."
В дългото пътуване за справяне с полупроводници, базирани на въглерод, индустрията трябва да обработва вътрешни умения и да образува систематично натрупване на технологии. Преди няколко дни екипът на академик Peng Lianmao изрази желанието да направи нещата ниски ключ към репортерите. Това може да може да обясни от страна, че ако полупроводниковата промишленост, основана на въглерода, да постигне по-нататъшно развитие, индустрията все още трябва да се концентрира върху научноизследователската и развойна дейност и да бъде по дясно.
С производствения процес на чипа, наближаващ 2 нанометра, потенциалът на силиций-базираните чипове по чипове по същество е бил подслушван и не може да отговори на нуждите на бъдещото развитие на индустрията. Използването на нови материали се признава като фундаментално решение за проблеми с производителността на чипове. Ако законът на Мур наистина се провали, чипове, базирани на силиций, които постепенно се приближават към физическите лимити, вероятно ще бъдат в ситуация, в която няма никакъв начин да не се съмняваме. В този случай, полупроводниците, базирани на въглерод, са Спасителят, който ще ни покаже сцената на "ново село"? На този етап, как въглеродните полупроводници могат да излязат от "стъклената стая" на лабораторията и наистина да реализират потенциала си, все още е фокусът на вниманието и трудностите, пред които е изправена индустрията.
Полупроводниците, базирани на въглерод, имат уникални предимства
Следват закона на Мур, "златното правило" на полупроводниковата индустрия, работата на полупроводникови чипове на силиций ще се удвои на всеки от 18 до 24 месеца. Въпреки това, тъй като размерите на чипа продължават да се свиват, особено когато нивото на технологията за производство на чипове влиза в 5-нанометровия възел, развитието на силициеви чипове започва да се сблъсква с много физически ограничения и индустрията постепенно се очертава "Законът на Мур е мъртъв" и " Силиконовата технология свърши. " И други възгледи. Полупроводниците, базирани на въглерод, се считат за една от разрушителните технологии в ерата след Мур.
Полупроводник, базиран на въглерод, е полупроводников материал, разработен на базата на наноматериали, базирани на въглерод, представени от въглеродни нанотръби (CNT) и графен. Докладът за изследването на ITRS ясно посочи, че бъдещият фокус на изследването на полупроводниковата промишленост трябва да се съсредоточи върху електрониката на въглеродната основа.
За да продължи закона на Мур, изследователите продължават да изследват нови материали и нови структури на устройства. В сравнение с традиционната технология, основана на силиций, какви предимства правят полупроводниците на въглеродни зърна, които са привлекли безброй научни изследователи "състезават"?
Техническият персонал на Института за интегрирана верига в Пекин, базиран на въглерод, преди това е казал на репортера на "Китай електроника", че въглеродната технология има по-добра производителност и по-ниска консумация на енергия от силициева технология. Например, се очаква чипове, базирани на въглерод, използващи 90-нанометровия процес, да произвеждат чипове на основата на силицинг с производителност и интеграция, еквивалентни на 28-нанометровия технологичен възел, а въглеродните чипове, използващи 28-нанометровия процес, могат да постигнат 28-нанометър Чипове, еквивалентни на 7-нанометровия технологичен възел.
MA Yaobin, изследовател в Института за интегрални схеми, CCID THINK TAIN, взе въглеродните нанотръби като пример за показване на репортери от Китай Електроникски новини за технологичните предимства на полупроводниците на въглеродни зърна. "CNT (въглероден нанотръби) има изключително висока носеща мобилност, много тънък размер на тялото и отлична топлопроводимост. В сравнение със силиконовите процесори, работната скорост и консумацията на енергия на процесорите на базата на CNFET могат да имат около 3%. Предимството на две пъти, т.е. предимството на продукта за забавяне на енергията (EDP) от около 9 пъти. " Ма Яобин каза пред репортери.
Използването на графинови материали също е силно доказателство за предимствата на полупроводниците на основата на въглерод. MA Yaobin посочва репортерите, че графенът има отлични характеристики като висока мобилност на носителя и добра топлопроводимост, която позволява графенни транзистори да получат висока скорост на предаване на сигнала и добра разсейване на топлината. В бъдеще се очаква графенът да играе важна роля в реализирането на по-малки чипове с размер, 3D взаимосвързаност на пакета и оптимизиране на разсейването на топлината на чипа.
Зората на технологията на въглеродната нанотръб
Всъщност преследването на хората и проучването на полупроводникови материали, базирани на въглерод, не само започнаха през последните години. Технологията на въглеродната нанотръб, използваща нови материали, винаги е привличала вниманието на безброй учени. През 1991 г., японски физик Sumio IIJIMA, който е избран за чуждестранен академик на Китайската академия на науките, неочаквано открива въглеродни нанотръби, когато е използвал микроскоп с висока резолюция, за да наблюдава продуктите от въглеродни влакна, произведени по метода на дъгата. Според неговите наблюдения въглеродните нанотръби са изработени от въглеродни молекули, разположени в тръбна форма, която може да се разглежда като единичен слой графит в "цилиндър", който трябва да бъде приготвен от въглеродни материали като графитни пръчки от специален метод.
През август 2019 г. изследователският резултат от въглеродни нанотръби отново накара "Здравейте, свят" от герои, познати на всеки програмист глобално усещане. Документ, публикуван в списанието Природата, показа, че Макс Шулакер и колегите му в Масачузетския технологичен институт в САЩ успяха да проектират и изграждат въглероден нанотръбен микропроцесор. Този микропроцесор е 16-битов микропроцесор, произведен с повече от 14 000 транзистори на въглеродни нанотръби (CNT). Неговият метод за проектиране и производство преодолява предишните предизвикателства, свързани с въглеродните нанотръби и се очаква да бъде силиций в усъвършенстваните микроелектронни устройства. Донесете алтернатива с висока производителност. Този микропроцесор е наречен "RV16x-Nano" и успешно изпълнява програма в теста, генерираща съобщение: "Здравейте, свят! Аз съм RV16xnano, изработен от въглеродни нанотръби".
Мая Яобин пред репортери, които изследователите от ЦМС, Станфордския университет и Университета в Калифорния, Сан Диего също са разработили съвместно TOP-GATE CNFET (въглероден нанотръбен терен ефект) с дължина на врата от 10 nm и подложка на подложка от 68mV / dec.
Миналата година екипът на академиците на Китайската академия на науките и преподавателите на катедра "Електроника на пекинския университет" ЛИАНМАО и най-големите резултати от изследванията на Zhajg Zhiyong на въглеродни полупроводникови материали също дават на индустрията нова надежда в ерата след Moor . На 22 май 2020 г. отборът публикува книга "Полупроводник с висока плътност на въглеродния нанотюбет за високопроизводителна електроника" в списание "Наука", въвеждайки най-новото развитие на екипа за множество методи за саморазкриване на множество пречистване и измерение. Методът решава проблемите на материалната чистота, плътността и областта, които отдавна са измъчвали получаването на полупроводникови материали на основата на въглерод.
Напредъкът на изследванията върху полупроводниците на основата на въглерод не винаги е гладко плаване. След "големите вълни", изследванията в тази област от някои институции и компании са застанали. Още през 2014 г. IBM направи удебелен риторич, казвайки, че ще използва въглеродни нанотръби, за да произвежда чипове 5 пъти по-бързо от тогава до 2020 г., но няма по-нататъшен напредък в научните изследвания и развитието.
Въглеродните и силицийните вериги трябва да бъдат разработени по различен начин
Въпреки че полупроводниците, базирани на въглерод, представени от въглеродни нанотръби и графен, имат много технически предимства и пазарният потенциал е очевиден за всички, все още има много трудности при високо качество, масово производство и практическо приложение на полупроводници на основата на въглерод.
Не е лесно за образуване на тънки филми за обработка на VLSI вериги. Професор Wan Qing на Училището за електронни науки и инженеринг на университета в Нанджинския език изрази своето мнение до репортера на "Китай електроника": ако е пряк насочен растеж, е трудно да се получи висока плътност, перфектен полупрозрачен филм филм; За да отговори на нуждите на голяма площ (12-инчов) наномащабната технология за интегрирана верига, масовото производство и добивът на продукта могат да станат предизвикателства.
Wan Qing смята, че въпреки че едно въглеродно устройство, което вече се справя добре, в сравнение със силиконовите интегрални схеми, основите на въглеродните полупроводници все още имат определени проблеми при наномащабната ултра-мащабна интеграция и индустриалната доходност. По отношение на конвенционалните приложения с интегратна схема, въглеродните тръбни вериги може да не могат да се конкурират със силиконови вериги в момента, така че полупроводниците, базирани на въглерод, могат да се нуждаят от диференцирано развитие. В бъдеще се очаква да намери изход в нови области като сензорни и гъвкави системи.
Мая Яобин каза пред репортери, че партидната подготовка на чистота с ултра-висока полупроводници (99.9999%), в линията (ъгъл на ориентация <9°), high density (100-200/μm), and large-area uniform CNT array film currently exists. Difficulties, which hinder the rapid application of CNFET in the field of integrated circuits. "In terms of purity, the current prepared CNTs will have the symbiosis phenomenon of semiconductors and metal CNTs, and the appearance of metal CNTs will cause serious degradation of the electrical performance of devices and chips." Ma Yaobin said.
Що се отнася до графане, MA Yaobin каза, че функцията за пропускане на нулева лента на вътрешен графен носи превръщането на графона транзистор превключвател много малък, който също ще ограничи прилагането на полупроводници на основата на въглерод в логическите вериги.
От "идеалната стойност" на лабораторията до широкомащабното приложение на пазара, пътят към индустриализацията на полупроводници, базирани на въглерод, е дълъг и труден. Xu Zheng, професор в Училището на науката за Пекин Жиаоотон, каза на репортора на "Китай електроника", че в момента, полупроводникови материали, базирани на въглерод, са постигнали физически свойства, но да правят устройства, те трябва да преминат много от много Полиране на процеса. "Технологичната реализация и гаранцията за производителност на разходите са предпоставките за индустриализация на полупроводници на въглерод." Въпреки трудностите и предизвикателствата, Xu Zheng все още е пълен с надежда за бъдещето на полупроводниците на въглеродни емисии. "Ако се подобри нивото на развитие на свързаното оборудване, въглеродната полупроводникова индустрия може с подкрепата на индустриализираното оборудване, възможно е да се постигнат въглеродни полупроводници за постигане на мащабно и индустриално развитие."
В дългото пътуване за справяне с полупроводници, базирани на въглерод, индустрията трябва да обработва вътрешни умения и да образува систематично натрупване на технологии. Преди няколко дни екипът на академик Peng Lianmao изрази желанието да направи нещата ниски ключ към репортерите. Това може да може да обясни от страна, че ако полупроводниковата промишленост, основана на въглерода, да постигне по-нататъшно развитие, индустрията все още трябва да се концентрира върху научноизследователската и развойна дейност и да бъде по дясно.