haber

Karbon bazlı yarı iletkenler nasıl geçer?

Son yarım yüzyıla kadar, yarı iletken endüstrisi Moore'un hukukunun yüksek hızda gelişmesi için yörüngesini takip ediyor. Günümüzde, işlemin yükseltilmesiyle çip performansını iyileştirme yöntemi artık zamanın ihtiyaçlarını tam olarak karşılayamaz ve yarı iletken endüstrisi yavaş yavaş "Moore sonrası dönem" yi girdi. Moore sonrası dönemin ortaya çıkışı, Çin'in entegre devre endüstrisinin gelişmesine yeni gelişim fırsatları getirdi. Çin Elektronik Haberleri, entegre devrelerin potansiyel yıkıcı teknolojilerini ayırmak için "Moore sonrası dönemdeki entegre devrelerin yıkıcı teknolojilerini keşfetmek" hakkında bir dizi rapor başlattı. Her teknolojinin gelişim durumunu, endüstriyel problemlerini ve gelecekteki beklentilerini tartışın.

2 nanometreye yaklaşan çip imalat işlemi ile silikon bazlı yonga malzemelerinin potansiyeli temel olarak dokunuldu ve endüstrinin gelecekteki gelişiminin ihtiyaçlarını karşılayamaz. Yeni malzemelerin kullanımı, yonga performans problemlerine temel bir çözüm olarak muhasebeleştirilir. Moore'un kanunu gerçekten başarısız olursa, kademeli olarak yaklaşan fiziksel sınırlara yaklaşan silikon bazlı cipsler, şüpheden çıkmayan bir durumda olması muhtemeldir. Bu durumda, karbon bazlı yarı iletkenler bize "yeni bir köy" sahnesini gösterecek kurtarı mı olacak? Bu aşamada, karbon bazlı yarı iletkenler laboratuarın "cam odasından" nasıl çıkabileceği ve potansiyellerinin hala ilgi ve zorlukların sektörün karşılaştığı dikkat ve zorlukların odaklanmasından nasıl gerçekleşebilir?

Karbon bazlı yarı iletkenler benzersiz avantajlara sahiptir

Moore'un yasalarının ardından, yarı iletken endüstrisinin "altın kuralı", silikon bazlı yarı iletken cipslerin performansı her 18 ila 24 ayda bir iki katına çıkar. Bununla birlikte, çip boyutları küçülmeye devam ederken, özellikle çip imalat teknolojisi seviyesi 5 nanometre düğümüne girdiğinde, silikon cipslerin gelişimi birçok fiziksel kısıtlamaya başlar ve endüstri yavaş yavaş ortaya çıkmış "Moore yasası öldü" ve " Silikon tabanlı teknoloji sona erdi. " Ve diğer görüşler. Karbon bazlı yarı iletkenler, Moore sonrası dönemde yıkıcı teknolojilerden biri olarak kabul edilir.

Karbon bazlı yarı iletken, karbon nanotüpleri (CNT) ve grafen ile temsil edilen karbon bazlı nanomalzemeler temelinde geliştirilen yarı iletken bir malzemedir. ITRS Araştırma Raporu, yarı iletken endüstrisinin gelecekteki araştırma odağının karbon bazlı elektroniklere odaklanması gerektiğini açıkça belirtti.

Moore'un hukukuna devam etmek için, araştırmacılar yeni malzemeler ve yeni cihaz yapılarını keşfetmeye devam etmişlerdir. Geleneksel silikon bazlı teknolojiyle karşılaştırıldığında, karbon bazlı yarı iletkenler, sayısız bilimsel araştırmacıyı "rekabet" çeken ne avantajlar yapar?

Pekin Karbon Tabanlı Entegre Devre Araştırma Enstitüsü'nün teknik personeli, daha önce "Çin Elektronik Haberleri" muhabirini, karbon bazlı teknolojinin silikon tabanlı teknolojinden daha iyi performans ve düşük güç tüketimine sahip olduğunu söyledi. Örneğin, 90 nanometre işlemini kullanan karbon bazlı cipsler, 28 nanometre teknolojisi düğümüne eşdeğer performans ve entegrasyon ile silikon bazlı fişler üretmesi beklenir ve 28 nanometre işlemini kullanan karbon bazlı cipsler silikon bazlı hale getirebilir. 7 nanometre teknolojisi düğümüne eşdeğer cipsler.

Entegre Devreler Enstitüsü'ndeki araştırmacı olan Ma Yaobin, CCID düşünce tankı, karbon tabanlı yarı iletkenlerin teknolojik avantajları hakkında gazetecileri göstermek için bir örnek olarak karbon nanotüplerini aldı. "CNT (karbon nanotube), son derece yüksek taşıyıcı hareketliliğe, çok ince gövde büyüklüğü ve mükemmel termal iletkenliğe sahiptir. Silikon bazlı işlemcilerle karşılaştırıldığında, CNFet tabanlı işlemcilerin çalışma hızı ve enerji tüketimi, ikisinin de yaklaşık% 3'ü olabilir. İki avantajı zaman, yani, enerji gecikmesi ürününün (EDP) yaklaşık 9 katın avantajıdır. " Ma Yaobin gazetecilere söyledi.

Grafen malzemelerinin kullanımı aynı zamanda karbon bazlı yarı iletkenlerin avantajlarının güçlü bir kanıtıdır. Ma Yaobin, grafenin yüksek taşıyıcı hareketlilik ve iyi ısı iletkenliği gibi mükemmel özelliklere sahip olduğunu belirtti. Grafen transistörlerinin yüksek sinyal iletim hızı ve iyi ısı dağılımı elde etmelerini sağlayan iyi bir termal iletkenlik gibi mükemmel özelliklere sahip olduğunu belirtti. Gelecekte, grafenin daha küçük boyutlu cipsleri, 3B paket ara bağlantı ve yongalı ısı dağılımını optimize etmede önemli bir rol oynaması bekleniyor.

Karbon Nanotube Teknolojisinin Şafağı

Aslında, insanların karbon bazlı yarı iletken materyallerinin peşinde koşması ve araştırılması sadece son yıllarda başlamadı. Yeni malzemeler kullanarak karbon nanotube teknolojisi her zaman sayısız bilim insanının dikkatini çekmiştir. 1991 yılında, Çin Bilimler Akademisi'nin yabancı bir akademisyeni olarak seçilen Japon Fizikçi Sumio Iijima, Beklenmedik bir şekilde, ark yöntemi tarafından üretilen karbon fiber ürünlerini gözlemlemek için yüksek çözünürlüklü bir iletim elektron mikroskobu kullandığında karbon nanotüplerini keşfetti. Gözlemlerine göre, karbon nanotüpleri, grafit çubuklar gibi bir "silindir" içine haddelenmiş olan tek bir grafit katmanı olarak kabul edilebilecek, bir "silindir" içine haddelenmiş olan bir tübüler şeklinde düzenlenmiş karbon moleküllerinden yapılmıştır. yöntem.

Ağustos 2019'da, karbon nanotüplerinin araştırma sonucu bir kez daha "Merhaba, Dünya" karakter dizisini, her programcıya küresel bir duyum haline getirdi. Natura dergisinde yayınlanan bir makara, Max Shulaker ve meslektaşlarının Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'ndeki meslektaşlarının bir karbon nanotube mikroişlemcisi tasarlamayı ve yapmayı başardığını gösterdi. Bu mikroişlemci, 14.000'den fazla karbon nanotube (CNT) transistörü kullanılarak üretilen 16 bitlik bir mikroişlemcidir. Tasarım ve üretim yöntemi, karbon nanotüplerle ilgili önceki zorlukların üstesinden gelir ve gelişmiş mikroelektronik cihazlarda silikon olması bekleniyor. Yüksek performanslı bir alternatif getirin. Bu mikroişlemci, "RV16x-nano" olarak adlandırıldı ve bir mesaj üretti, "Merhaba, Dünya! Ben rv16xnano, karbon nanotüplerinden yapılmış."

Ma Yaobin, TSMC, Stanford Üniversitesi ve Kaliforniya Üniversitesi'nden Araştırmacıların, San Diego'nun, 10NM'nin bir kapısı uzunluğu ve 68MV / DEC'lik bir subtheshold salınımıyla birlikte birinci geçit CNFET'i (karbon nanotube alanı etkisi transistörü) geliştirdiğini söyledi.

Geçtiğimiz yıl, Çin Bilimler Akademisi ve Pekin Üniversitesi Elektronik Bölümü Profesörlerinin Akademisyenleri ekibi Peng Lianmao ve Profesör Zhang Zhiyong'un karbon bazlı yarı iletken materyallerle ilgili büyük araştırma sonuçları, Moor sonrası dönemde sektörün yeni umutunu da verdi. . 22 Mayıs 2020'de ekip, ekibin çoklu arıtma ve boyut kısıtlı kendi kendine montaj yöntemlerinin en son gelişmelerini tanıtan bilim dergisinde "yüksek yoğunluklu elektronikler için yüksek yoğunluklu bir yarı iletken karbon nanotube paralel dizileri" yayınladı. Yöntem, karbon bazlı yarı iletken malzemelerin hazırlanmasını uzun süren malzeme saflığı, yoğunluğun ve alanın sorunlarını çözer.

Karbon bazlı yarı iletkenler üzerine araştırmanın ilerleyişi her zaman yumuşak yelken açmaz. "Büyük dalgalar" sonrasında, bazı kurumlar ve şirketler tarafından bu alanda araştırma durdu. 2014 yılının başında olduğu gibi, IBM kalın retorik yaptılar, daha sonra 2020'den 5 kat daha hızlı cips üretmek için karbon nanotüp kullanacağını söyleyerek, ancak araştırma ve geliştirmede daha fazla ilerleme kaydedilmemektedir.

Karbon bazlı ve silikon bazlı devrelerin farklı şekilde geliştirilmesi gerekir


Her ne kadar karbon nanotüpleri ve grafene ile temsil edilen karbon bazlı yarı iletkenler birçok teknik avantaja sahiptir ve piyasa potansiyeli herkes için açıktır, yüksek kaliteli, seri üretim ve karbon bazlı yarı iletkenlerin pratik uygulamalarında hala birçok zorluk var.

Karbon tüplerinin VLSI devrelerini işlemek için ince filmler oluşturmak için kolay değildir. Elektronik Bilim ve Mühendislik Okulu'nun Profesör Wan Qing, "Çin Elektronik Haberleri" mükveyindeki fikrini dile getirdi: Doğrudan yönlü bir büyüme ise, yüksek yoğunluklu bir mükemmel yarı iletken karbon tüp filmi elde etmek zordur; Büyük alanın (12 inç) nano ölçekli çok büyük ölçekli entegre devre teknolojisinin ihtiyaçlarını karşılamak için, kütle üretimi ve ürün verimi zorluklar olabilir.


WAN Qing, tek bir karbon bazlı cihazın zaten iyi yapıldığı halde, silikon entegre devrelerle karşılaştırıldığında, karbon bazlı yarı iletkenler hala nano-ölçekli ultra büyük ölçekli entegrasyon ve endüstriyel verimde bazı problemleri var. Geleneksel entegre devre uygulamaları açısından, karbon tüp devreleri, şu anda silikon bazlı devrelerle rekabet edemez, bu nedenle karbon bazlı yarı iletkenler farklılaştırılmış gelişmeye ihtiyaç duyabilir. Gelecekte, algılama ve esnek sistemler gibi yeni alanlarda bir çıkış yolu bulması bekleniyor.


Ma Yaobin, Muhabirlerin, ultra-yüksek yarı iletken saflığın (% 99.9999'u), çevrimiçi olarak (oryantasyon açısı) toplu hazırlığının <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.


Grafen söz konusu olduğunda, MA Yaobin, intrinsik grafenin sıfır bant boşluğu özelliğinin grafen transistör anahtarının çok küçük olduğunu, bu da karbon bazlı yarı iletkenlerin mantık devrelerinde uygulanmasını sınırlayacak.


Laboratuvarın "ideal değeri", piyasadaki büyük ölçekli uygulamaya kadar, karbon bazlı yarı iletkenlerin sanayileşmesine giden yol uzun ve zordur. Pekin Jiaotong Üniversitesi Bilim Okulu'ndaki Profesör olan Xu Zheng, şu anda, karbon bazlı yarı iletken malzemelerin fiziksel özelliklere ulaştığını, ancak cihazları yapması gereken "China Electronics News" muhabirine söyledi. işleme parlatma. "Teknoloji gerçekleştirme ve maliyet performansının garantisi, karbon bazlı yarı iletkenlerin sanayileşmesinin ön koşullarıdır." Zorluklara ve zorluklara rağmen, XU Zheng, karbon bazlı yarı iletkenlerin geleceği için hala umutla doludur. "İlgili ekipmanın gelişim seviyesi iyileştirilmişse, karbon bazlı yarı iletken endüstrisi sanayileşmiş ekipmanın desteğiyle olabilir, karbon bazlı yarı iletkenlerin büyük ölçekli ve sanayileşmiş gelişime ulaşması mümkündür."

Karbon bazlı yarı iletkenlerle mücadele etme yolculuğunda, endüstrinin iç becerileri geliştirmesi ve sistematik bir teknoloji birikimi oluşturması gerekir. Birkaç gün önce, akademisyen Peng Lianmao ekibi ayrıca, gazetecilere düşük anahtarların yapılması isteğini de dile getirdi. Bu, karbon bazlı yarı iletken endüstrisinin daha fazla gelişme sağlamak olup olmadığını, sanayinin hala araştırma ve geliştirmeye yoğunlaşması ve yeryüzüne kadar konsantre olması gerekiyorsa, taraftan açıklayabilir.