Uutiset

Miten hiilipohjaiset puolijohteet rikkovat?

Viimeisen puolen vuosisadan aikana puolijohdeteollisuus on seurannut Mooren lain mukaista liikerataa kehittyä suurella nopeudella. Nykyään sirun suorituskyvyn parantaminen yksinkertaisesti päivittämällä prosessi ei voi enää täysin vastata aikojen tarpeisiin, ja puolijohdeteollisuus on vähitellen tullut "Post Moore Eralle". Moore-aikakauden jälkeinen kynnys on tuonut uusia kehitysmahdollisuuksia Kiinan integroidun piiriteollisuuden kehittämiseen. Kiina Electronics Uutiset ovat käynnistäneet useita raportteja "tutkia integroidun piirin häiritseviä tekniikoita MOORE-aikakaudella" selvittääkseen integroidun piireiden mahdolliset häiritsevän teknologian. Keskustele kunkin teknologian kehitystilasta, teollisista ongelmista ja tulevaisuuden näkymistä.

Kun sirun valmistusprosessi lähestyy 2 nanometriä, piipohjaisten sirujen materiaalien potentiaalia on periaatteessa käytetty, eikä se voi vastata alan tulevan kehityksen tarpeisiin. Uusien materiaalien käyttö tunnustetaan perusratkaisuksi sirun suorituskyvyn ongelmiin. Jos Mooren laki todella epäonnistuu, piipohjaiset sirut, jotka vähitellen lähestyvät fyysisiä rajoja, ovat todennäköisesti tilanteessa, jossa ei ole mitään tietoa epäilystä. Tällöin hiilipohjaiset puolijohteet ovat Vapahtaja, joka näyttää meille "uusi kylä" kohtaus? Tässä vaiheessa hiilipohjaiset puolijohteet voivat päästä pois laboratorion "lasistilasta" ja todella ymmärtää, että niiden potentiaali on edelleen huomiota ja teollisuuden vaikeudet.

Hiilipohjaisilla puolijohteilla on ainutlaatuisia etuja

Mooren lain, puolijohdeteollisuuden "Golden Säänsä", silikonipohjaisten puolijohdekirjojen suorituskyky kaksinkertaistuu 18-24 kuukauden välein. Kuitenkin, kun sirukokot kutistuvat, varsinkin kun sirunvalmistusteknologian taso tulee 5-nanometerisolmuun, silikonipiikkien kehitys alkaa kohdata monia fyysisiä rajoituksia, ja teollisuus on vähitellen syntynyt "Mooren laki on kuollut" ja " Silicon-pohjainen tekniikka on päättynyt. " Ja muut näkymät. Hiilipohjaiset puolijohteet katsotaan olevan yksi häiriötekniikoista Moore-aikakaudella.

Hiilipohjainen puolijohde on puolijohdemateriaali, joka on kehitetty hiilipohjaisten nanomateriaalien perusteella, jota edustaa hiilinanoputkia (CNT) ja grafeenia. ITRS-tutkimusraportti on selvästi huomauttanut, että puolijohdeteollisuuden tulevaisuuden tutkimus keskittyy hiilipohjaiseen elektroniikkaan.

Mooren lain jatkamiseksi tutkijat ovat jatkaneet uusien materiaalien ja uusien laitteiden rakenteiden tutkimista. Verrattuna perinteiseen piipohjaiseen teknologiaan, mitä etuja hiilipohjaisia ​​puolijohteita, jotka ovat houkutelleet lukemattomia tieteellisiä tutkijoita "kilpailee"?

Pekingin hiilipohjaisen integroidun piirin tutkimuslaitoksen tekninen henkilökunta aikaisemmin kertoi "Kiinan elektroniikan uutiset" toimittajalle, että hiilipohjainen teknologia on parempi suorituskyky ja pienempi virrankulutus kuin piipohjainen teknologia. Esimerkiksi hiilipohjaiset sirut, jotka käyttävät 90-nanometriprosessin, odotetaan tuottavan piipohjaisia ​​siruja, joiden suorituskyky ja integraatio vastaavat 28-nanometriteknologiasolmua ja hiilipohjaisia ​​siruja, jotka käyttävät 28-nanometriprosessia, voivat saavuttaa piipohjaisen Sirut, jotka vastaavat 7-nanometrin teknologiasolmua.

Integroidun piirin instituutin tutkija, CCID Think Tank, otti hiilen nanoputkia esimerkkinä toimittajien Kiinan elektroniikan uutisista hiilipohjaisten puolijohteiden teknologisista eduista. "CNT: llä (hiilin nanotube) on erittäin korkea harjoittaja liikkuvuus, erittäin ohut runko koko ja erinomainen lämpöjohtavuus. Verrattuna piikiprosessoreihin CNFET-pohjaisten prosessoreiden käyttönopeus ja energiankulutus voivat molemmilla on noin 3%. Kahden etuna Ajat, eli energiaviiveen tuotteen (EDP) etu on noin 9 kertaa. " Ma Yaobin kertoi toimittajille.

Grafeenin materiaalien käyttö on myös vahva todistus hiilipohjaisten puolijohteiden eduista. Ma Yaobin muistutti toimittajille, että grafeeni on erinomaiset ominaisuudet, kuten korkea varauksenkuljettajien liikkuvuus ja hyvä lämmönjohtavuus, joka mahdollistaa grafeeni transistorit saada korkea signaalin lähetyksen nopeus ja hyvä lämmöntuotto. Tulevaisuudessa grafeenin odotetaan olevan tärkeä rooli pienempien pelimerkkien, 3D-paketin yhteenliittämisen ja optimoimalla sirun lämmönsiirto.

Hiilen nanopuben tekniikan Dawn

Itse asiassa ihmisten harjoittaminen ja hiilipohjaisten puolijohdemateriaalien etsiminen ei ole alkanut viime vuosina. Hiilin nanopube-tekniikka uusien materiaalien avulla on aina herättänyt lukemattomia tiedemiehiä. Vuonna 1991 Japanin fyysikko Sumio IIjima, joka on valittu ulkomaisena akatemian ulkomaisena akatemian ulkomaisena akatemian, yllättäen huolellisesti hiilen nanoputkia, kun hän käytti korkean resoluution lähetyselektronimikroskooppia tarkkailemaan kaarimen menetelmän tuottamia hiilikuitutuotteita. Hänen havaintojensa mukaan hiilinanoputit on valmistettu putkimaiseen muotoon järjestettyjen hiilimolekyyleistä, joita voidaan pitää yksittäisenä grafiittikerroksena, joka on rullattu "sylinteriksi", joka on valmistettava hiilimateriaaleista, kuten grafiittisudoksista erityisellä menetelmä.

Elokuussa 2019 hiilen nanoputkien tutkimustulos tuli jälleen kerran "hello, maailman" merkkijono, joka on tuttu jokaiseen ohjelmoijaan maailmanlaajuisesti. Lehtijulkaisussa julkaistu paperi osoitti, että Max Shulaker ja hänen kollegansa Massachusettsin teknologiainstituutissa Yhdysvalloissa onnistuivat suunnittelemaan ja rakentamaan hiilin nanotube-mikroprosessoria. Tämä mikroprosessori on 16-bittinen mikroprosessori, joka on valmistettu käyttämällä yli 14 000 hiilen nanoputkia (CNT) transistoreita. Sen suunnittelu- ja valmistusmenetelmä voittaa edelliset haasteet, jotka liittyvät hiilin nanoputkiin ja odotetaan olevan piin kehittyneissä mikroelektronisissa laitteissa. Tuo korkean suorituskyvyn vaihtoehto. Tämä mikroprosessori nimettiin "RV16x-nanoiksi" ja suoritettiin menestyksekkäästi testissä ohjelma, joka luo viestin: "Hei, maailma! Olen RV16XNano, joka on valmistettu hiilin nanoputkista."

Ma Yaobin kertoi, että Stanfordin yliopiston ja Kalifornian yliopiston tutkijat ovat myös kehittäneet yhdessä huippuluokan CNFET (hiilen nanotube kenttä effect transistori), jonka portti pituus on 10 nm ja subthreshood 68mv / dec.

Viime vuonna Kiinan tiedeakatemian ja Pekingin elektroniikan laitoksen professorin ja professorin ja professori Zhang Zhiyongin tärkeimmät tutkimustulokset hiilipohjaisista puolijohdemateriaaleista antoivat myös alan uuden toivoa jälkeisenä aikana . Joukkue julkaisi 22. toukokuuta 2020 paperin "korkean tiheyden puolijohdeluokan hiili nanotube-rinnakkaisryhmät korkean suorituskyvyn elektroniikasta" tiede-lehdessä, esitteli tiimin viimeisintä kehittämistä useiden puhdistus- ja ulottuvuuden rajoitetuista itsemurhan menetelmistä. Menetelmä ratkaisee materiaalin puhtauden, tiheyden ja alueen ongelmat, jotka ovat pitkään kärsineet hiilipohjaisten puolijohdemateriaalien valmistamiseksi.

Hiilipohjaisten puolijohteiden tutkimuksen edistyminen ei ole aina sileä purjehdus. "Suurten aaltojen" jälkeen tietyt instituutiot ja yritykset ovat pysähtyneet. Jo vuonna 2014 IBM teki rohkea retoriikka, sanoen, että se käyttää hiilin nanoputkia tuottamaan siruja 5 kertaa nopeammin kuin vuoteen 2020 mennessä, mutta tutkimuksessa ja kehityksessä ei ole edistymistä.

Hiilipohjaisia ​​ja piipohjaisia ​​piirejä on kehitettävä eri tavalla


Vaikka hiilipohjaisten puolijohteiden edustajilla ja grafeenilla on monia teknisiä etuja, ja markkinapotentiaali on ilmeinen kaikille, on vielä paljon vaikeuksia korkealaatuisessa, massatuotannossa ja hiilipohjaisten puolijohteiden käytännön soveltamisessa.

Hiiliputket eivät ole helppoa muodostamaan ohuita kalvoja VLSI-piireiden käsittelyyn. Nanjingin yliopiston sähköisen tieteen ja tekniikan professori Wan Qing ilmaisi mielipiteensä "China Electronics Uutiset" toimittajalle: jos se on suora suuntaus kasvu, on vaikea saada korkean tiheyden täydellinen puolijohde hiiliputkikalvo; Paran alueen (12 tuuman) nano-asteikkojen tarpeiden täyttämiseksi erittäin laajamittainen integroitu piiritekniikka, massatuotanto ja tuotetuotto voi tulla haasteisiin.


Wan Qing uskoo, että vaikka yksi hiilipohjainen laite toimii jo hyvin, verrattuna piis integroidut piirit, hiilipohjaiset puolijohteet ovat edelleen tiettyjä ongelmia nano-asteikolla ultra-laajamittaisessa integraatiossa ja teollisessa tuotteessa. Tavanomaisten integroidun piirin sovellusten osalta hiiliputkipiirit eivät välttämättä pysty kilpailemaan tällä hetkellä piipohjaisten piireissä, joten hiilipohjaiset puolijohteet saattavat tarvita eriytettyä kehitystä. Tulevaisuudessa sen odotetaan löytävän ulos uusilla aloilla, kuten tunnistamalla ja joustavilla järjestelmillä.


Ma Yaobin kertoi toimittajille, että erävalmiste ultra-korkea puolijohden puhtaus (99.9999%), in-line (suuntauskulma) <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.


Grafeenin osalta MA Yaobin sanoi, että sisäisen grafeenin nollabändirakon ominaisuus tekee grafeenin transistorikytkentäsuhteesta hyvin pieneksi, mikä myös rajoittaa hiilipohjaisten puolijohteiden levittämistä logiikkapiireissä.


Laboratorion "ihanteellisesta arvosta" suuren mittakaavan sovelluksen markkinoiden, hiilipohjaisten puolijohteiden teollistumiseen on pitkä ja vaikea. Xu Zheng, professori tutkikolla Peking Jiaotong yliopisto, kertoi toimittajalle "Kiina Electronics Uutiset", että tällä hetkellä hiilipohjaiset puolijohdemateriaalit ovat saavuttaneet fysikaaliset ominaisuudet, mutta tehdä laitteita, heidän on tehtävä paljon Prosessin kiillotus. "Teknologian toteutus ja kustannustehokkuus ovat edellytykset hiilipohjaisten puolijohteiden teollistumiseen." Huolimatta vaikeuksista ja haasteista Xu Zheng on edelleen täynnä toivoa hiilipohjaisten puolijohteiden tulevaisuudesta. "Jos niihin liittyvien laitteiden kehitystaso paranee, hiilipohjainen puolijohdeteollisuus voi tukea teollistuneita laitteita, hiilipohjaisia ​​puolijohteita voidaan saavuttaa laajamittainen ja teollistunut kehitys."

Pitkällä matkalla hiilipohjaisten puolijohteiden torjumiseksi teollisuuden on kehitettävä sisäisiä taitoja ja muodostaa systemaattinen teknologian kertyminen. Muutama päivä sitten Academian Peng Lianmao -ryhmä ilmaisi myös halukkuuden tehdä asioita matala avain toimittajille. Tämä voi selittää sivulta, että jos hiilipohjainen puolijohdeteollisuus on lisäkehitystä, teollisuus on vielä keskittynyt tutkimukseen ja kehitykseen ja olla maanläheinen.