Nyheder
Hvordan bryder kulstofbaserede halvledere igennem?
I løbet af det sidste halvt århundrede har halvlederindustrien været fulgt bane af Moores lov for at udvikle sig med høj hastighed. I dag kan metoden til forbedring af chip ydeevne simpelthen ved at opgradere processen ikke længere opfylde tidens behov, og halvlederindustrien har gradvist indtastet "Post-Moore-æra." Adventen af Post-Moore-ERA har bragt nye udviklingsmuligheder til udviklingen af Kinas integrerede kredsløbsindustri. Kina Electronics News har lanceret en række rapporter om "Exploring af de forstyrrende teknologier af integrerede kredsløb i Post-Moore-æraen" for at løse de potentielle forstyrrende teknologier af integrerede kredsløb. Diskuter udviklingsstatus, industrielle problemer og fremtidige udsigter for hver teknologi.
Med chipfremstillingsprocessen nærmer sig 2 nanometer, er potentialet for siliciumbaserede chipmaterialer først og fremmest blevet tappet, og det kan ikke opfylde behovene i branchens fremtidige udvikling. Brugen af nye materialer indregnes som en grundlæggende løsning på chip ydeevne problemer. Hvis Moores lov virkelig fejler, vil siliciumbaserede chips, der gradvist nærmer sig fysiske grænser, sandsynligvis vil være i en situation, hvor der ikke er nogen vej uden tvivl. I dette tilfælde vil kulstofbaserede halvledere være Frelseren, der vil vise os scenen for "en ny landsby"? På dette stadium kan hvordan carbonbaserede halvledere komme ud af laboratoriet "glasrum" og virkelig indse, at deres potentiale stadig er fokus for opmærksomhed og vanskeligheder, som industrien står over for.
Carbon-baserede halvledere har unikke fordele
Efter Moores lov, den "gyldne regel" af halvlederindustrien, vil udførelsen af siliciumbaserede halvlederchips fordoble hver 18. til 24 måneder. Men da chipstørrelser fortsætter med at krympe, især når niveauet af chip fremstillingsteknologi kommer ind i 5-nanometer noden, begynder udviklingen af siliciumchips at stå over for mange fysiske begrænsninger, og industrien er gradvist opstået "Moores lov er død" og " Siliciumbaseret teknologi er kommet til en ende. " Og andre synspunkter. Kulstofbaserede halvledere anses for at være en af de forstyrrende teknologier i post-moore-æraen.
Kulstofbaseret halvleder er et halvledermateriale udviklet på basis af carbonbaserede nanomaterialer, repræsenteret af carbon nanorør (CNT) og grafen. ITRS-forskningsrapporten har tydeligt påpeget, at halvlederindustriens fremtidige forskningsfokus bør fokusere på carbonbaseret elektronik.
For at fortsætte Moores lov har forskere fortsat med at udforske nye materialer og nye enhedsstrukturer. Sammenlignet med traditionel siliciumbaseret teknologi, hvilke fordele gør carbon-baserede halvledere, som har tiltrukket utallige videnskabelige forskere "konkurrere"?
Det tekniske personale i Beijing Carbon-Based Integrated Circuit Research Institute tidligere fortalte reporteren om "China Electronics News", at kulstofbaseret teknologi har bedre ydeevne og lavere strømforbrug end siliciumbaseret teknologi. For eksempel forventes carbonbaserede chips ved anvendelse af 90-nanometerprocessen at producere siliciumbaserede chips med ydeevne og integration svarende til 28-nanometerteknologitnoden, og carbonbaserede chips ved hjælp af 28-nanometerprocessen kan opnå siliciumbaseret chips svarende til den 7-nanometer teknologi node.
Ma Yaobin, en forsker ved Institute of Integrated Circuits, CCID Think Tank, tog carbon nanorubes som et eksempel for at vise journalister fra China Electronics News om de teknologiske fordele ved carbonbaserede halvledere. "CNT (carbon nanotube) har ekstremt høj bærer mobilitet, meget tynd kropsstørrelse og fremragende termisk ledningsevne. Sammenlignet med siliciumbaserede processorer kan driftshastigheden og energiforbruget af CNFET-baserede processorer begge have ca. 3%. Fordelen ved to Tider, det vil sige fordelen ved energiforsinkelsesproduktet (EDP) på ca. 9 gange. " Ma Yaobin fortalte journalister.
Brugen af grafenmaterialer er også et stærkt bevis på fordelene ved carbonbaserede halvledere. MA Yaobin påpegede til journalister, at grafenen har fremragende egenskaber, såsom høj bærer mobilitet og god termisk ledningsevne, som tillader grafentransistorer at opnå høj signaloverførselshastighed og god varmeafledning. I fremtiden forventes grafen at spille en vigtig rolle i at realisere mindre størrelseschips, 3D-pakkeforbindelse og optimering af chipvarmeafledning.
Dawn of carbon nanotube teknologi
Folks forfølgelses- og efterforskning af kulstofbaserede halvledermaterialer er faktisk ikke kun begyndt i de seneste år. Carbon nanotube teknologi ved hjælp af nye materialer har altid tiltrukket opmærksomheden hos utallige forskere. I 1991 opdagede japansk fysiker Sumio IIJima, som er blevet valgt som en udenlandsk akademiker af det kinesiske videnskabsakademi, uventet opdaget Carbon Nanotubes, da han brugte et højopløseligt transmissionselektronmikroskop til at observere carbonfiberprodukter fremstillet af ARC-metoden. Ifølge hans observationer fremstilles carbon nanorør af carbonmolekyler anbragt i en rørformet form, som kan betragtes som et enkelt lag grafitvalset ind i en "cylinder", som skal fremstilles ud fra carbonmaterialer, såsom grafitstænger af en speciel metode.
I august 2019 lavede et forskningsresultat af Carbon Nanotubes igen "Hello, World" -strengen af tegn, der er kendt for hver programmør en global fornemmelse. Et papir, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature, viste, at Max Shulaker og hans kolleger på Massachusetts Institute of Technology i USA lykkedes at designe og konstruere en carbon nanotube mikroprocessor. Denne mikroprocessor er en 16-bit mikroprocessor fremstillet under anvendelse af mere end 14.000 carbon nanotube (CNT) transistorer. Dens design- og fremstillingsmetode overvinder de tidligere udfordringer i forbindelse med carbon nanorør og forventes at være silicium i avancerede mikroelektroniske enheder. Bringe et højtydende alternativ. Denne mikroprocessor blev kaldt "RV16X-nano" og udførte succesfuldt et program i testen, der genererer en besked: "Hej, verden! Jeg er rv16xnano, lavet af carbon nanorør."
Ma Yaobin fortalte journalister, at forskere fra TSMC, Stanford University og University of California, San Diego også har udviklet en top-gate CNFET (carbon nanotube felt effekt transistor) med en portlængde på 10nm og en subthreshold sving på 68mv / dec.
Sidste år gav teamet af akademikere af det kinesiske akademi for videnskab og professorer i Institut for Electronics of Peking University Peng Lianmao og professor Zhang Zhiyongs store forskningsresultater på kulstofbaserede halvledermaterialer også branchen Ny håb i Post-Moor Era . Den 22. maj 2020 offentliggjorde holdet et papir "High Density Semiconductor Carbon Nanotube parallelle arrays til højtydende elektronik" i science magazine, der introducerede holdets seneste udvikling af flere rensnings- og dimensionsbegrænsede selvmonteringsmetoder. Metoden løser problemerne med materiale renhed, densitet og område, der har længe plaget fremstillingen af carbonbaserede halvledermaterialer.
Forskning af forskning på kulstofbaserede halvledere er ikke altid glat sejlads. Efter de "store bølger" har forskning på dette område af nogle institutioner og virksomheder stoppet. Så tidligt som i 2014 lavede IBM dristret retorik og sagde, at det ville bruge Carbon Nanotubes til at producere chips 5 gange hurtigere end da inden 2020, men der er ingen yderligere fremskridt inden for forskning og udvikling.
Kulstofbaserede og siliciumbaserede kredsløb skal udvikles forskelligt
Selvom carbonbaserede halvledere repræsenteret af Carbon Nanotubes og Graphene har mange tekniske fordele, og markedspotentialet er indlysende for alle, er der stadig mange vanskeligheder med højkvalitets, masseproduktion og praktisk anvendelse af carbonbaserede halvledere.
Det er ikke let for carbonrør at danne tynde film til behandling af VLSI kredsløb. Professor Wan Qing af School of Electronic Science and Engineering of Nanjing University udtrykte sin mening til reporteren om "China Electronics News": Hvis det er direkte retningsvækst, er det svært at opnå en høj densitet perfekt halvleder carbon rør film; For at imødekomme behovene hos stort område (12-tommer) nano-skala meget storskala integreret kredsløbsteknologi, kan masseproduktion og produktudbytte blive udfordringer.
WAN Qing mener, at selvom en enkelt carbonbaseret indretning allerede har det godt, sammenlignet med siliciumintegrerede kredsløb, har carbonbaserede halvledere stadig visse problemer inden for nano-skala ultra-storskala integration og industrielt udbytte. Med hensyn til konventionelle integrerede kredsløbsapplikationer kan carbonrørkredsløb ikke være i stand til at konkurrere med siliciumbaserede kredsløb i øjeblikket, så kulstofbaserede halvledere kan have brug for differentieret udvikling. I fremtiden forventes det at finde en vej ud på nye felter som sensor og fleksible systemer.
Ma Yaobin fortalte journalister, at batchpræparatet af ultrahøj halvlederrenhed (99,9999%), in-line (orienteringsvinkel <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.
Hvad angår grafen, sagde Ma Yaobin, at nulbåndsgapfunktionen af intrinsisk grafen gør Graphene Transistor Switch-forholdet meget lille, hvilket også vil begrænse anvendelsen af carbonbaserede halvledere i logikkredsløb.
Fra den "ideelle værdi" af laboratoriet til den store applikation på markedet er vejen til industrialisering af kulstofbaserede halvledere langt og vanskelig. Xu Zheng, en professor på School of Science of Beijing Jiaotong University, fortalte reporteren om "China Electronics News", som i øjeblikket har carbonbaserede halvledermaterialer opnået fysiske egenskaber, men for at gøre enheder, skal de gennemgå en masse proces polering. "Teknologisk realisering og garantien for omkostningsydelser er forudsætningerne for industrialisering af kulstofbaserede halvledere." På trods af vanskelighederne og udfordringerne er Xu Zheng stadig fuld af håb for fremtiden for kulstofbaserede halvledere. "Hvis udviklingsniveauet for relateret udstyr forbedres, kan den kulstofbaserede halvlederindustri med støtte fra industrialiseret udstyr, det er muligt for kulstofbaserede halvledere at opnå stor og industrialiseret udvikling."
I den lange rejse med at tackle carbonbaserede halvledere skal industrien dyrke interne færdigheder og danne en systematisk akkumulering af teknologi. For nogle dage siden udtrykte Academician Peng Lianmao-teamet også viljen til at gøre tingene lavnøgle til journalister. Dette kan være i stand til at forklare fra den side, at hvis den kulstofbaserede halvlederindustri skal opnå yderligere udvikling, skal industrien stadig koncentrere sig om forskning og udvikling og være jordnær.
Med chipfremstillingsprocessen nærmer sig 2 nanometer, er potentialet for siliciumbaserede chipmaterialer først og fremmest blevet tappet, og det kan ikke opfylde behovene i branchens fremtidige udvikling. Brugen af nye materialer indregnes som en grundlæggende løsning på chip ydeevne problemer. Hvis Moores lov virkelig fejler, vil siliciumbaserede chips, der gradvist nærmer sig fysiske grænser, sandsynligvis vil være i en situation, hvor der ikke er nogen vej uden tvivl. I dette tilfælde vil kulstofbaserede halvledere være Frelseren, der vil vise os scenen for "en ny landsby"? På dette stadium kan hvordan carbonbaserede halvledere komme ud af laboratoriet "glasrum" og virkelig indse, at deres potentiale stadig er fokus for opmærksomhed og vanskeligheder, som industrien står over for.
Carbon-baserede halvledere har unikke fordele
Efter Moores lov, den "gyldne regel" af halvlederindustrien, vil udførelsen af siliciumbaserede halvlederchips fordoble hver 18. til 24 måneder. Men da chipstørrelser fortsætter med at krympe, især når niveauet af chip fremstillingsteknologi kommer ind i 5-nanometer noden, begynder udviklingen af siliciumchips at stå over for mange fysiske begrænsninger, og industrien er gradvist opstået "Moores lov er død" og " Siliciumbaseret teknologi er kommet til en ende. " Og andre synspunkter. Kulstofbaserede halvledere anses for at være en af de forstyrrende teknologier i post-moore-æraen.
Kulstofbaseret halvleder er et halvledermateriale udviklet på basis af carbonbaserede nanomaterialer, repræsenteret af carbon nanorør (CNT) og grafen. ITRS-forskningsrapporten har tydeligt påpeget, at halvlederindustriens fremtidige forskningsfokus bør fokusere på carbonbaseret elektronik.
For at fortsætte Moores lov har forskere fortsat med at udforske nye materialer og nye enhedsstrukturer. Sammenlignet med traditionel siliciumbaseret teknologi, hvilke fordele gør carbon-baserede halvledere, som har tiltrukket utallige videnskabelige forskere "konkurrere"?
Det tekniske personale i Beijing Carbon-Based Integrated Circuit Research Institute tidligere fortalte reporteren om "China Electronics News", at kulstofbaseret teknologi har bedre ydeevne og lavere strømforbrug end siliciumbaseret teknologi. For eksempel forventes carbonbaserede chips ved anvendelse af 90-nanometerprocessen at producere siliciumbaserede chips med ydeevne og integration svarende til 28-nanometerteknologitnoden, og carbonbaserede chips ved hjælp af 28-nanometerprocessen kan opnå siliciumbaseret chips svarende til den 7-nanometer teknologi node.
Ma Yaobin, en forsker ved Institute of Integrated Circuits, CCID Think Tank, tog carbon nanorubes som et eksempel for at vise journalister fra China Electronics News om de teknologiske fordele ved carbonbaserede halvledere. "CNT (carbon nanotube) har ekstremt høj bærer mobilitet, meget tynd kropsstørrelse og fremragende termisk ledningsevne. Sammenlignet med siliciumbaserede processorer kan driftshastigheden og energiforbruget af CNFET-baserede processorer begge have ca. 3%. Fordelen ved to Tider, det vil sige fordelen ved energiforsinkelsesproduktet (EDP) på ca. 9 gange. " Ma Yaobin fortalte journalister.
Brugen af grafenmaterialer er også et stærkt bevis på fordelene ved carbonbaserede halvledere. MA Yaobin påpegede til journalister, at grafenen har fremragende egenskaber, såsom høj bærer mobilitet og god termisk ledningsevne, som tillader grafentransistorer at opnå høj signaloverførselshastighed og god varmeafledning. I fremtiden forventes grafen at spille en vigtig rolle i at realisere mindre størrelseschips, 3D-pakkeforbindelse og optimering af chipvarmeafledning.
Dawn of carbon nanotube teknologi
Folks forfølgelses- og efterforskning af kulstofbaserede halvledermaterialer er faktisk ikke kun begyndt i de seneste år. Carbon nanotube teknologi ved hjælp af nye materialer har altid tiltrukket opmærksomheden hos utallige forskere. I 1991 opdagede japansk fysiker Sumio IIJima, som er blevet valgt som en udenlandsk akademiker af det kinesiske videnskabsakademi, uventet opdaget Carbon Nanotubes, da han brugte et højopløseligt transmissionselektronmikroskop til at observere carbonfiberprodukter fremstillet af ARC-metoden. Ifølge hans observationer fremstilles carbon nanorør af carbonmolekyler anbragt i en rørformet form, som kan betragtes som et enkelt lag grafitvalset ind i en "cylinder", som skal fremstilles ud fra carbonmaterialer, såsom grafitstænger af en speciel metode.
I august 2019 lavede et forskningsresultat af Carbon Nanotubes igen "Hello, World" -strengen af tegn, der er kendt for hver programmør en global fornemmelse. Et papir, der blev offentliggjort i tidsskriftet Nature, viste, at Max Shulaker og hans kolleger på Massachusetts Institute of Technology i USA lykkedes at designe og konstruere en carbon nanotube mikroprocessor. Denne mikroprocessor er en 16-bit mikroprocessor fremstillet under anvendelse af mere end 14.000 carbon nanotube (CNT) transistorer. Dens design- og fremstillingsmetode overvinder de tidligere udfordringer i forbindelse med carbon nanorør og forventes at være silicium i avancerede mikroelektroniske enheder. Bringe et højtydende alternativ. Denne mikroprocessor blev kaldt "RV16X-nano" og udførte succesfuldt et program i testen, der genererer en besked: "Hej, verden! Jeg er rv16xnano, lavet af carbon nanorør."
Ma Yaobin fortalte journalister, at forskere fra TSMC, Stanford University og University of California, San Diego også har udviklet en top-gate CNFET (carbon nanotube felt effekt transistor) med en portlængde på 10nm og en subthreshold sving på 68mv / dec.
Sidste år gav teamet af akademikere af det kinesiske akademi for videnskab og professorer i Institut for Electronics of Peking University Peng Lianmao og professor Zhang Zhiyongs store forskningsresultater på kulstofbaserede halvledermaterialer også branchen Ny håb i Post-Moor Era . Den 22. maj 2020 offentliggjorde holdet et papir "High Density Semiconductor Carbon Nanotube parallelle arrays til højtydende elektronik" i science magazine, der introducerede holdets seneste udvikling af flere rensnings- og dimensionsbegrænsede selvmonteringsmetoder. Metoden løser problemerne med materiale renhed, densitet og område, der har længe plaget fremstillingen af carbonbaserede halvledermaterialer.
Forskning af forskning på kulstofbaserede halvledere er ikke altid glat sejlads. Efter de "store bølger" har forskning på dette område af nogle institutioner og virksomheder stoppet. Så tidligt som i 2014 lavede IBM dristret retorik og sagde, at det ville bruge Carbon Nanotubes til at producere chips 5 gange hurtigere end da inden 2020, men der er ingen yderligere fremskridt inden for forskning og udvikling.
Kulstofbaserede og siliciumbaserede kredsløb skal udvikles forskelligt
Selvom carbonbaserede halvledere repræsenteret af Carbon Nanotubes og Graphene har mange tekniske fordele, og markedspotentialet er indlysende for alle, er der stadig mange vanskeligheder med højkvalitets, masseproduktion og praktisk anvendelse af carbonbaserede halvledere.
Det er ikke let for carbonrør at danne tynde film til behandling af VLSI kredsløb. Professor Wan Qing af School of Electronic Science and Engineering of Nanjing University udtrykte sin mening til reporteren om "China Electronics News": Hvis det er direkte retningsvækst, er det svært at opnå en høj densitet perfekt halvleder carbon rør film; For at imødekomme behovene hos stort område (12-tommer) nano-skala meget storskala integreret kredsløbsteknologi, kan masseproduktion og produktudbytte blive udfordringer.
WAN Qing mener, at selvom en enkelt carbonbaseret indretning allerede har det godt, sammenlignet med siliciumintegrerede kredsløb, har carbonbaserede halvledere stadig visse problemer inden for nano-skala ultra-storskala integration og industrielt udbytte. Med hensyn til konventionelle integrerede kredsløbsapplikationer kan carbonrørkredsløb ikke være i stand til at konkurrere med siliciumbaserede kredsløb i øjeblikket, så kulstofbaserede halvledere kan have brug for differentieret udvikling. I fremtiden forventes det at finde en vej ud på nye felter som sensor og fleksible systemer.
Ma Yaobin fortalte journalister, at batchpræparatet af ultrahøj halvlederrenhed (99,9999%), in-line (orienteringsvinkel <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.
Hvad angår grafen, sagde Ma Yaobin, at nulbåndsgapfunktionen af intrinsisk grafen gør Graphene Transistor Switch-forholdet meget lille, hvilket også vil begrænse anvendelsen af carbonbaserede halvledere i logikkredsløb.
Fra den "ideelle værdi" af laboratoriet til den store applikation på markedet er vejen til industrialisering af kulstofbaserede halvledere langt og vanskelig. Xu Zheng, en professor på School of Science of Beijing Jiaotong University, fortalte reporteren om "China Electronics News", som i øjeblikket har carbonbaserede halvledermaterialer opnået fysiske egenskaber, men for at gøre enheder, skal de gennemgå en masse proces polering. "Teknologisk realisering og garantien for omkostningsydelser er forudsætningerne for industrialisering af kulstofbaserede halvledere." På trods af vanskelighederne og udfordringerne er Xu Zheng stadig fuld af håb for fremtiden for kulstofbaserede halvledere. "Hvis udviklingsniveauet for relateret udstyr forbedres, kan den kulstofbaserede halvlederindustri med støtte fra industrialiseret udstyr, det er muligt for kulstofbaserede halvledere at opnå stor og industrialiseret udvikling."
I den lange rejse med at tackle carbonbaserede halvledere skal industrien dyrke interne færdigheder og danne en systematisk akkumulering af teknologi. For nogle dage siden udtrykte Academician Peng Lianmao-teamet også viljen til at gøre tingene lavnøgle til journalister. Dette kan være i stand til at forklare fra den side, at hvis den kulstofbaserede halvlederindustri skal opnå yderligere udvikling, skal industrien stadig koncentrere sig om forskning og udvikling og være jordnær.