메시지

탄소 기반의 반도체는 어떻게 무너 지는가?

지난 30 세기 동안 반도체 산업은 무어의 법률의 궤적을 고속으로 발전 시켰습니다. 요즘, 프로세스를 업그레이드하여 칩 성능을 향상시키는 방법은 더 이상 시간의 요구를 완전히 충족 할 수 없으며 반도체 산업은 점차적으로 "Post-Moore 시대"를 입력했습니다. 포스트 - 무어 시대의 출현은 중국의 통합 회로 산업의 개발에 새로운 개발 기회를 가져 왔습니다. China Electronics News는 집적 회로의 잠재적 인 파괴적인 기술을 분류하기 위해 "Post-Moore 시대의 집적 회로의 파괴적인 기술 탐색"에 대한 일련의 보고서를 시작했습니다. 각 기술의 개발 상태, 산업 문제 및 향후 전망에 대해 토론하십시오.

2 나노 미터에 접근하는 칩 제조 공정을 통해 실리콘계 칩 재료의 가능성은 기본적으로 탭핑되어 업계의 미래 개발의 요구를 충족 할 수 없습니다. 새로운 물질의 사용은 성능 문제를 칩으로하는 기본적인 해결책으로 인식됩니다. 무어의 법칙이 실제로 실패하면 점차적으로 육체적 인 한계에 접근하는 실리콘 기반 칩은 의심의 여지가없는 상황에있을 것입니다. 이 경우, 탄소 기반의 반도체는 "새로운 마을"의 장면을 보여주는 구주가 될 것입니까? 이 단계에서 탄소 기반의 반도체는 실험실의 "유리 실"에서 어떻게 나가고 잠재력을 실현할 수있는 방법은 여전히 ​​업계에서 직면 한주의와 어려움의 초점이 아직 실현됩니다.

탄소 기반의 반도체는 독특한 장점을 가지고 있습니다

무어의 법칙을 따르면 반도체 산업의 "황금 규칙"이며 실리콘 기반의 반도체 칩의 성능은 18 ~ 24 개월마다 이중화됩니다. 그러나 칩 크기가 5 나노 미터 노드에 들어가는 칩 제조 기술의 수준이 5- 나노 미터 노드에 들어가는 경우, 실리콘 칩의 개발은 많은 물리적 제약에 직면하기 시작하며, 업계는 점차적으로 "무어의 법칙이 죽었습니다"그리고 " 실리콘 기반 기술이 끝났습니다. " 및 다른 뷰. 탄소 기반의 반도체는 무어 포스트 시대의 파괴적인 기술 중 하나로 간주됩니다.

탄소 계 반도체는 탄소 나노 튜브 (CNT) 및 그라 핀으로 표시되는 탄소 계 나노 물질에 기초하여 개발 된 반도체 재료이다. ITRS 연구 보고서는 반도체 산업의 미래 연구 초점이 탄소 기반 전자 제품에 초점을 맞추어야한다는 것을 명확하게 지적했다.

무어의 법칙을 계속하기 위해서는 연구자들이 새로운 자료와 새로운 장치 구조를 계속 탐색했습니다. 전통적인 실리콘 기반 기술과 비교하여 수많은 과학적 연구원이 "경쟁"한 탄소 기반의 반도체가 어떤 장점을 제공합니까?

베이징 탄소 기반 집적 회로 연구소의 기술 직원은 이전에 탄소 기반 기술이 실리콘 기반 기술보다 성능이 향상되고 전력 소비가 낮아지는 "중국 전자 뉴스"의 기자에게 기자에게 말했습니다. 예를 들어, 90 나노 미터 공정을 사용하는 탄소 계 칩은 28 나노 미터 기술 노드와 동등한 성능 및 통합을 갖는 실리콘 기반 칩을 생산할 것으로 예상되고, 28 나노 미터 공정을 이용한 탄소 계 칩은 실리콘 기반을 달성 할 수있다. 칩은 7 나노 미터 기술 노드와 동등합니다.

CCID Think Think Think Think Think Think Think Think Think Think Think Think Ma Yaobin은 탄소 기반의 반도체의 기술적 이점에 관한 중국 전자 제품 소식의 기자를 보여주기위한 예를 들어 예를 들어 탄소 나노 튜브를 복용했습니다. "CNT (Carbon Nanotube)는 매우 높은 캐리어 이동성, 매우 얇은 몸체 크기 및 우수한 열전도도를 가지고 있습니다. 실리콘 기반 프로세서와 비교하여 CNFET 기반 프로세서의 작동 속도 및 에너지 소비는 모두 약 3 %를 가질 수 있습니다. 두 가지 이점 그건, 즉, 에너지 지연 제품 (EDP)의 장점은 약 9 배입니다. " Ma Yaobin은 기자들에게 말했습니다.

그라 핀 재료의 사용은 탄소 기반의 반도체의 장점을 강하게 증명하는 것입니다. Ma Yaobin은 그라 핀이 높은 캐리어 이동성과 양호한 열전도율과 같은 우수한 특성을 가지고 있으며, 그래 핀 트랜지스터가 높은 신호 전송 속도와 양호한 방열을 얻을 수있게 해주는 기자들에게 지적했다. 앞으로, 그래 핀은 작은 크기의 칩, 3D 패키지 상호 연결을 실현하고 칩 방열을 최적화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.

탄소 나노 튜브 기술의 새벽

사실, 탄소 기반의 반도체 물질의 사람들의 추구와 탐사는 최근 몇 년 동안 시작할뿐만 아니라 시작되었습니다. 새로운 재료를 이용한 탄소 나노 튜브 기술은 항상 수많은 과학자의 관심을 끌었습니다. 1991 년 중국 과학 아카데미의 외국 대학생으로 선출 된 일본 물리학 자미이 제이미 (Sumii Iijima)는 아크 방법에 의해 생산 된 탄소 섬유 제품을 관찰하기 위해 고해상도 변속기 전자 현미경을 사용했을 때 예기치 않게 발견 된 탄소 나노 튜브를 발견했다. 그의 관찰에 따르면, 탄소 나노 튜브는 특별한 흑연로드와 같은 탄소 재료로부터 제조 될 필요가있는 "실린더"로 롤백되는 흑연의 단층으로 간주 될 수있는 튜브형 형상으로 배열 된 탄소 분자로 제조된다. 방법.

2019 년 8 월, 탄소 나노 튜브의 연구 결과는 다시 한번 모든 프로그래머에게 익숙한 문자의 "Hello, World"문자열을 세계적인 감각에 익숙하게 만들었습니다. 저널 자연에 발행 된 종이는 미국의 매사추세츠 즈 기술 연구소에서 맥스 솔 커트와 그의 동료들이 탄소 나노 튜브 마이크로 프로세서를 설계하고 건설하기 위해 관리되었음을 보여주었습니다. 이 마이크로 프로세서는 14,000 개 이상의 탄소 나노 튜브 (CNT) 트랜지스터를 사용하여 제조 된 16 비트 마이크로 프로세서입니다. 그 설계 및 제조 방법은 탄소 나노 튜브와 관련된 이전의 어려움을 극복하고 고급 마이크로 전자 장치에서 실리콘이 될 것으로 예상됩니다. 고성능 대안을 가져 오십시오. 이 마이크로 프로세서는 "RV16x-Nano"라는 이름이 지정되었으며 테스트에서 프로그램을 성공적으로 실행하여 메시지를 생성했습니다. "Hello, World! 나는 탄소 나노 튜브로 만들어진 Rv16Xnano입니다."

Ma Yaobin은 기자들에게 TSMC, 스탠포드 대학교 (Stanford University) 및 캘리포니아 대학교 (San Diego)의 연구자들이 10nm의 게이트 길이와 68MV / DEC의 스윙 슈콜 스윙을 통해 톱 게이트 CNFET (탄소 나노 튜브 전계 효과 트랜지스터)을 공동으로 개발했습니다.

작년, 중국 과학 아카데미의 학업 팀 및 북경 대학의 Peng Lianmao의 전자 공학과 교수 및 Zhang Zhiyong의 주요 연구 결과에 따르면, 무어 포스트 시대에서 업계의 새로운 희망을주었습니다. ...에 5 월 22 일, 2020 년에는 Science Magazine의 팀의 최신 개발 및 치수 제약 자체 조립 방법을 도입하여 팀의 최신 개발을 소개하는 종이 "고밀도 반도체 탄소 나노 튜브 평행 어레이를 발표했습니다. 이 방법은 탄소 계 반도체 재료의 제조를 오래 괴롭히는 물질 순도, 밀도 및 면적의 문제점을 해결합니다.

탄소 기반의 반도체 연구 진행은 항상 매끄러운 항해가 아닙니다. "큰 파도"가 끝나면 일부 기관과 회사 가이 분야의 연구가 실속되어 있습니다. 2014 년 초에 IBM은 대담한 수사학을 만들어 탄소 나노 튜브를 사용하여 2020 년까지 칩을 5 배 빠르게 생산할 것이지만 연구 개발에 대한 더 이상의 진전이 없습니다.

탄소 기반 및 실리콘 기반 회로는 다르게 개발되어야합니다.


카본 나노 튜브와 그라 핀으로 표시되는 탄소 계 반도체는 많은 기술적 이점을 가지며 시장 잠재력은 모두에게 분명하지만, 탄소 기반의 반도체의 고품질, 대량 생산 및 실질적인 적용에는 여전히 많은 어려움이 있습니다.

탄소 튜브가 VLSI 회로를 가공하기위한 박막을 형성하는 것은 쉽지 않습니다. 난징 대학교 전자 과학과 공학 대학교의 칭찬 교수는 "중국 전자 뉴스"의 기자에 대한 그의 의견을 표명했다. 직접 방향성 성장이면 고밀도 완전 반도체 탄소 튜브 필름을 얻는 것이 어렵다; 대형 면적 (12 인치) 나노 규모의 대규모 집적 회로 기술을 충족시키기 위해 대량 제조 및 제품 수확량이 어려워 질 수 있습니다.


WAN QING은 단일 탄소 기반 장치가 실리콘 집적 회로와 비교하여 이미 잘 작동하고 있지만, 탄소 기반의 반도체는 여전히 나노 스케일 초소형 통합 및 산업 생산량에 특정한 문제가 있음을 믿습니다. 종래의 집적 회로 애플리케이션의 관점에서, 탄소 튜브 회로는 현재 실리콘 기반 회로와 경쟁 할 수 없기 때문에, 탄소 계 반도체는 차별화 된 현상이 필요할 수있다. 앞으로는 감지 및 유연한 시스템과 같은 새로운 분야에서 벗어나는 것이 예상됩니다.


Ma Yaobin은 리포터에게 매우 높은 반도체 순도 (99.9999 %), 인라인 (오리엔테이션 각)의 배치 준비 <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.


그래 핀이 염려하는 한, MA Yaobin은 본질적인 그래 핀의 제로 밴드 갭 특징이 그라 핀 트랜지스터 스위치 비율을 매우 작게만큼 크게 작아서 논리 회로에서 탄소 계 반도체의 적용을 제한 할 것으로 밝혔다.


실험실의 "이상적인 가치"에서 시장에서 대규모 응용 프로그램에 이르기까지 탄소 계 반도체의 산업화로가는 길은 길고 어렵습니다. 베이징 Jiaotong University 과학부의 교수 인 쑤 Zheng는 현재 "중국 전자 뉴스"의 기자에게 선물로서, 탄소 기반의 반도체 재료가 물리적 특성을 달성했지만 장치를 만드는 것이 많은 것을 수행해야합니다. 공정 연마. "기술 실현 및 비용 성과의 보증은 탄소 기반의 반도체의 산업화에 대한 전제 조건입니다." 어려움과 도전에도 불구하고, Xu Zheng은 여전히 ​​탄소 기반의 반도체의 미래에 대한 희망으로 가득합니다. "관련 장비의 개발 수준이 향상되면 탄소 기반의 반도체 산업은 산업화 된 장비의 지원을받을 수 있으며, 탄소 기반의 반도체가 대규모 및 산업화 된 개발을 달성 할 수 있습니다."

탄소 기반의 반도체를 다루는 긴 여정에서는 산업이 내부 기술을 키우고 체계적인 기술 축적을 형성해야합니다. 며칠 전 Acadeician Peng Lianmao 팀은 기자에게 낮은 열쇠를 할 의향을 표현했습니다. 이것은 탄소 기반의 반도체 산업이 더 많은 개발을 달성하는 경우, 산업은 여전히 ​​연구 개발에 집중하고 지구를 거절해야한다는 것을 설명 할 수 있습니다.