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カーボンベースの半導体はどのように破断しますか？
過去30世紀にわたり、半導体産業はムーアの法則の軌跡に従って高速で発展させてきました。今日では、プロセスをアップグレードすることによって簡単にチップ性能を向上させる方法は、もはや時間のニーズを満たすことができず、半導体産業は徐々に「ムーア時代」に入りました。 Post Moore Eraの出現は、中国の集積回路業界の発展に新たな開発機会をもたらしました。中国電子ニュースは、「ポストムーア時代の集積回路の破壊的な技術を探索する」という一連の報告を開始し、集積回路の潜在的な破壊的な技術を整理しました。各技術の開発状況、産業上の問題、および将来の見通しについて話し合う。
チップ製造プロセスが2ナノメートルに近づくにつれて、シリコンベースのチップ材料の可能性は基本的にタップされており、業界の将来の発展のニーズを満たすことはできません。新しい材料の使用は、性能問題をチップ化するための基本的な解決策として認識されています。ムーアの法律が本当に失敗した場合、誤った身体的範囲に近づいているシリコンベースのチップは、疑いのない方法がない状況にある可能性があります。この場合、炭素ベースの半導体は救世主であり、「新しい村」のシーンを見せてくれるでしょうか。この段階では、炭素ベースの半導体が実験室の「ガラスルーム」からどのように抜け出すことができるか、そして本当に彼らの可能性を実現することは依然として業界によって直面する注意と困難の焦点です。
炭素系半導体は独特の利点を有する
ムーアの法則、半導体産業の「黄金則」に続いて、シリコンベースの半導体チップの性能は18から24ヶ月毎に倍増します。しかしながら、チップサイズが縮小し続けるにつれて、特にチップ製造技術のレベルが5ナノメートルノードに入ると、シリコンチップの開発は多くの物理的制約に直面し始め、業界は徐々に「ムーアの法則は死んだ」シリコンベースの技術が終了しました。」その他のビュー。炭素系半導体は、ムーア時代の破壊的な技術の一つであると考えられています。
炭素系半導体は、カーボンナノチューブ（CNT）およびグラフェンで表される炭素ベースのナノ材料に基づいて開発された半導体材料である。 ITRS研究報告書は、半導体産業の将来の研究焦点が炭素ベースの電子機器に焦点を当てるべきであることを明確に指摘しています。
ムーアの法律を継続するために、研究者らは新たな材料および新しい装置構造を探索し続けています。従来のシリコンベースの技術と比較して、無数の科学研究者を競争した炭素系半導体はどのような利点を示していますか？
北京炭素系統総合サーキット研究所の技術スタッフは、炭素ベースの技術がシリコンベースの技術よりも優れたパフォーマンスと低消費電力を持っていることを「中国エレクトロニクスニュース」の記者に従っていました。例えば、90ナノメートルプロセスを使用した炭素ベースのチップは、28ナノメートルテクノロジノードと同等の性能および積分を有するシリコンベースのチップを生成すると予想され、28ナノメートルプロセスを使用する炭素ベースのチップはシリコンベースを達成することができる。 7ナノメートルテクノロジノードと同等のチップ。
馬Yaobin、集積回路の研究所の研究員、CCIDはシンクタンクは、炭素系半導体の技術的利点について、中国電子ニュースから記者を表示する例として、カーボンナノチューブを取りました。 「CNT（カーボンナノチューブ）は、極めて高いキャリア移動度、非常に薄いボディサイズ、および優れた熱伝導率を有する。シリコンベースのプロセッサと比較して、CNFETベースのプロセッサの動作速度とエネルギー消費量は両方とも約3％を持つことができます。2つの利点時間、つまり、エネルギー遅延積（EDP）の利点は約9倍です。」 Ma Yaobinは記者団に語った。
グラフェン材料の使用もまた、炭素系半導体の利点の強い証明である。 Ma Yaobinは、グラフェンが高いキャリア移動度と良好な熱伝導率などの優れた特性を有し、グラフェントランジスタが高い信号伝送速度と良好な放熱を得ることができるという記者に指摘した。将来的には、グラフェンは、小型チップ、3Dパッケージ相互接続、チップ放熱の最適化の実現において重要な役割を果たすことが期待されています。
カーボンナノチューブ技術の夜明け
実際、人々の追求と炭素系半導体材料の探査は近年だけ始めていません。新しい材料を用いたカーボンナノチューブ技術は常に無数の科学者の注目を集めています。 1991年に、中国の科学アカデミーの外国のアカデミア人として選出された日本人物理主義者飯島は、彼が高解像度透過型電子顕微鏡を使ってアーク法によって製造された炭素繊維製品を観察するときにカーボンナノチューブを発見した。彼の観察によれば、カーボンナノチューブは管状の形状に配置され、それは「シリンダ」に圧延された単一層のグラファイト層と見なすことができ、これは特にグラファイトロッドのような炭素材料から調製する必要がある。方法。
2019年8月、カーボンナノチューブの研究結果は、すべてのプログラマによく知られている「ハロー、世界」の文字の文字列を再び作った。 Journal Natureに掲載された紙は、マサチューセッツ州マサチューセッツ工科大学でマスコセッツ工業大学のMax Shulakerと彼の同僚がカーボンナノチューブマイクロプロセッサを設計し構築することを示しました。このマイクロプロセッサは、14,000を超えるカーボンナノチューブ（CNT）トランジスタを用いて製造された16ビットマイクロプロセッサである。その設計および製造方法は、カーボンナノチューブに関連する以前の課題を克服し、そして先進的なマイクロ電子デバイスにおけるシリコンであると予想される。高性能な代替案を持ってきてください。このマイクロプロセッサは「RV16X-Nano」と命名され、テストでプログラムを正常に実行し、メッセージを生成しました。 "Hello、World！私は、カーボンナノチューブでできたRv16xnanoです。"
Ma Yaobinは、San DiegoのTSMC、San Diego大学の研究者たちは、TOP-GATE CNFET（カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ）が10nmのトップゲートCNFET（カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ）と68mV / DECのサブスレッショルドスイングを共同開発したと語った。
昨年、中国の科学アカデミーと北京大学のエレクトロニクス学科の学科の学者のチームのチームカーボンベースの半導体材料に関する主要な研究成果率の主要な研究結果も農業後の時代に業界の新しい希望を与えました。 。 2020年5月22日、チームは科学誌の「高性能電子機器のための高密度の半導体カーボンナノチューブ並列アレイ」を公表し、チームの複数の浄化と寸法の制約の自己組織化方法のチームの最新の開発を導入しました。この方法は、炭素系半導体材料の製造を長く長くした材料純度、密度および面積の問題を解決する。
炭素系半導体に関する研究の進歩は必ずしもスムーズなセーリングではありません。 「大きな波」の後、いくつかの機関や企業によるこの分野での研究が失速しました。 2014年の早い時期に、IBMは、それが2020年までに5倍速くチップを製造するためにカーボンナノチューブを使用することを言って、大胆な修辞学を作ったが、研究開発のさらなる進歩はない。
炭素系およびシリコンベースの回路は異なる方法で開発する必要がある
カーボンナノチューブやグラフェンに代表される炭素系半導体は多くの技術的利点を有し、市場の可能性がすべて明らかであるが、炭素系半導体の高品質、大量生産および実用化においては依然として多くの困難がある。
カーボンチューブがVLSI回路を処理するための薄膜を形成するのは容易ではない。南京大学の電子科学室の青味教授は、「中国エレクトロニクスニュース」のレポーターに彼の意見を表明した：直接的な成長である場合、高密度の完全な半導体カーボンチューブフィルムを得ることは困難である。大域（12インチ）のナノスケールの非常に大規模な集積回路技術のニーズを満たすために、大量生産と製品収量が課題になる可能性があります。
WAN QINGは、シリコン集積回路と比較して、単一の炭素ベースの装置がすでにうまくいっているが、カーボンベースの半導体は依然としてナノスケールの超大規模集積化および産業収量において特定の問題を依然として有する。従来の集積回路用途に関して、炭素管回路は現在、現在のシリコンベースの回路と競合することができない可能性があるので、炭素系半導体は分化した開発を必要とする可能性がある。将来的には、センシングや柔軟なシステムなどの新しい分野では、方法が見つかると予想されます。
Ma Yaobinは、超高半導体純度のバッチ調製（99.9999％）、インライン（向き角度）を記者団に語った。 <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.
グラフェンに関する限り、MAヤオビンは、真性グラフェンのゼロバンドギャップ特徴がグラフェントランジスタスイッチ比を非常に小さくすると述べており、これもまた論理回路における炭素系半導体の適用を制限する。
実験室の「理想的な価値」から市場における大規模適用への炭素系半導体の工業化への道は長くて困難である。北京都都立大学学校の教授であるXu Zhengは、現在のところ、炭素系半導体材料が物理的性質を達成しているが装置を作るためには、多くの炭素系半導体材料を記者に記入した。プロセス研磨「技術の実現とコストパフォーマンスの保証は、炭素系半導体の工業化の前提です。」困難と課題にもかかわらず、Xu Zhengはまだ炭素系半導体の将来の希望に満ちています。 「関連機器の開発レベルが向上した場合、炭素系半導体産業は工業用機器を支援することができ、炭素系半導体が大規模で先進化開発を実現することが可能である。
炭素系半導体に取り組むの長い旅で、業界は内部スキルを育成し、系統的な技術の蓄積を形成する必要があります。数日前、Academician Peng Lianmaoチームはまた、レポーターにローキーをする意欲を表明しました。これは、炭素ベースの半導体産業がさらなる発展を達成することである側から説明することができ、業界は依然として研究開発に集中し、そして地球下にある必要がある。
チップ製造プロセスが2ナノメートルに近づくにつれて、シリコンベースのチップ材料の可能性は基本的にタップされており、業界の将来の発展のニーズを満たすことはできません。新しい材料の使用は、性能問題をチップ化するための基本的な解決策として認識されています。ムーアの法律が本当に失敗した場合、誤った身体的範囲に近づいているシリコンベースのチップは、疑いのない方法がない状況にある可能性があります。この場合、炭素ベースの半導体は救世主であり、「新しい村」のシーンを見せてくれるでしょうか。この段階では、炭素ベースの半導体が実験室の「ガラスルーム」からどのように抜け出すことができるか、そして本当に彼らの可能性を実現することは依然として業界によって直面する注意と困難の焦点です。
炭素系半導体は独特の利点を有する
ムーアの法則、半導体産業の「黄金則」に続いて、シリコンベースの半導体チップの性能は18から24ヶ月毎に倍増します。しかしながら、チップサイズが縮小し続けるにつれて、特にチップ製造技術のレベルが5ナノメートルノードに入ると、シリコンチップの開発は多くの物理的制約に直面し始め、業界は徐々に「ムーアの法則は死んだ」シリコンベースの技術が終了しました。」その他のビュー。炭素系半導体は、ムーア時代の破壊的な技術の一つであると考えられています。
炭素系半導体は、カーボンナノチューブ（CNT）およびグラフェンで表される炭素ベースのナノ材料に基づいて開発された半導体材料である。 ITRS研究報告書は、半導体産業の将来の研究焦点が炭素ベースの電子機器に焦点を当てるべきであることを明確に指摘しています。
ムーアの法律を継続するために、研究者らは新たな材料および新しい装置構造を探索し続けています。従来のシリコンベースの技術と比較して、無数の科学研究者を競争した炭素系半導体はどのような利点を示していますか？
北京炭素系統総合サーキット研究所の技術スタッフは、炭素ベースの技術がシリコンベースの技術よりも優れたパフォーマンスと低消費電力を持っていることを「中国エレクトロニクスニュース」の記者に従っていました。例えば、90ナノメートルプロセスを使用した炭素ベースのチップは、28ナノメートルテクノロジノードと同等の性能および積分を有するシリコンベースのチップを生成すると予想され、28ナノメートルプロセスを使用する炭素ベースのチップはシリコンベースを達成することができる。 7ナノメートルテクノロジノードと同等のチップ。
馬Yaobin、集積回路の研究所の研究員、CCIDはシンクタンクは、炭素系半導体の技術的利点について、中国電子ニュースから記者を表示する例として、カーボンナノチューブを取りました。 「CNT（カーボンナノチューブ）は、極めて高いキャリア移動度、非常に薄いボディサイズ、および優れた熱伝導率を有する。シリコンベースのプロセッサと比較して、CNFETベースのプロセッサの動作速度とエネルギー消費量は両方とも約3％を持つことができます。2つの利点時間、つまり、エネルギー遅延積（EDP）の利点は約9倍です。」 Ma Yaobinは記者団に語った。
グラフェン材料の使用もまた、炭素系半導体の利点の強い証明である。 Ma Yaobinは、グラフェンが高いキャリア移動度と良好な熱伝導率などの優れた特性を有し、グラフェントランジスタが高い信号伝送速度と良好な放熱を得ることができるという記者に指摘した。将来的には、グラフェンは、小型チップ、3Dパッケージ相互接続、チップ放熱の最適化の実現において重要な役割を果たすことが期待されています。
カーボンナノチューブ技術の夜明け
実際、人々の追求と炭素系半導体材料の探査は近年だけ始めていません。新しい材料を用いたカーボンナノチューブ技術は常に無数の科学者の注目を集めています。 1991年に、中国の科学アカデミーの外国のアカデミア人として選出された日本人物理主義者飯島は、彼が高解像度透過型電子顕微鏡を使ってアーク法によって製造された炭素繊維製品を観察するときにカーボンナノチューブを発見した。彼の観察によれば、カーボンナノチューブは管状の形状に配置され、それは「シリンダ」に圧延された単一層のグラファイト層と見なすことができ、これは特にグラファイトロッドのような炭素材料から調製する必要がある。方法。
2019年8月、カーボンナノチューブの研究結果は、すべてのプログラマによく知られている「ハロー、世界」の文字の文字列を再び作った。 Journal Natureに掲載された紙は、マサチューセッツ州マサチューセッツ工科大学でマスコセッツ工業大学のMax Shulakerと彼の同僚がカーボンナノチューブマイクロプロセッサを設計し構築することを示しました。このマイクロプロセッサは、14,000を超えるカーボンナノチューブ（CNT）トランジスタを用いて製造された16ビットマイクロプロセッサである。その設計および製造方法は、カーボンナノチューブに関連する以前の課題を克服し、そして先進的なマイクロ電子デバイスにおけるシリコンであると予想される。高性能な代替案を持ってきてください。このマイクロプロセッサは「RV16X-Nano」と命名され、テストでプログラムを正常に実行し、メッセージを生成しました。 "Hello、World！私は、カーボンナノチューブでできたRv16xnanoです。"
Ma Yaobinは、San DiegoのTSMC、San Diego大学の研究者たちは、TOP-GATE CNFET（カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ）が10nmのトップゲートCNFET（カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ）と68mV / DECのサブスレッショルドスイングを共同開発したと語った。
昨年、中国の科学アカデミーと北京大学のエレクトロニクス学科の学科の学者のチームのチームカーボンベースの半導体材料に関する主要な研究成果率の主要な研究結果も農業後の時代に業界の新しい希望を与えました。 。 2020年5月22日、チームは科学誌の「高性能電子機器のための高密度の半導体カーボンナノチューブ並列アレイ」を公表し、チームの複数の浄化と寸法の制約の自己組織化方法のチームの最新の開発を導入しました。この方法は、炭素系半導体材料の製造を長く長くした材料純度、密度および面積の問題を解決する。
炭素系半導体に関する研究の進歩は必ずしもスムーズなセーリングではありません。 「大きな波」の後、いくつかの機関や企業によるこの分野での研究が失速しました。 2014年の早い時期に、IBMは、それが2020年までに5倍速くチップを製造するためにカーボンナノチューブを使用することを言って、大胆な修辞学を作ったが、研究開発のさらなる進歩はない。
炭素系およびシリコンベースの回路は異なる方法で開発する必要がある
カーボンナノチューブやグラフェンに代表される炭素系半導体は多くの技術的利点を有し、市場の可能性がすべて明らかであるが、炭素系半導体の高品質、大量生産および実用化においては依然として多くの困難がある。
カーボンチューブがVLSI回路を処理するための薄膜を形成するのは容易ではない。南京大学の電子科学室の青味教授は、「中国エレクトロニクスニュース」のレポーターに彼の意見を表明した：直接的な成長である場合、高密度の完全な半導体カーボンチューブフィルムを得ることは困難である。大域（12インチ）のナノスケールの非常に大規模な集積回路技術のニーズを満たすために、大量生産と製品収量が課題になる可能性があります。
WAN QINGは、シリコン集積回路と比較して、単一の炭素ベースの装置がすでにうまくいっているが、カーボンベースの半導体は依然としてナノスケールの超大規模集積化および産業収量において特定の問題を依然として有する。従来の集積回路用途に関して、炭素管回路は現在、現在のシリコンベースの回路と競合することができない可能性があるので、炭素系半導体は分化した開発を必要とする可能性がある。将来的には、センシングや柔軟なシステムなどの新しい分野では、方法が見つかると予想されます。
Ma Yaobinは、超高半導体純度のバッチ調製（99.9999％）、インライン（向き角度）を記者団に語った。 <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.
グラフェンに関する限り、MAヤオビンは、真性グラフェンのゼロバンドギャップ特徴がグラフェントランジスタスイッチ比を非常に小さくすると述べており、これもまた論理回路における炭素系半導体の適用を制限する。
実験室の「理想的な価値」から市場における大規模適用への炭素系半導体の工業化への道は長くて困難である。北京都都立大学学校の教授であるXu Zhengは、現在のところ、炭素系半導体材料が物理的性質を達成しているが装置を作るためには、多くの炭素系半導体材料を記者に記入した。プロセス研磨「技術の実現とコストパフォーマンスの保証は、炭素系半導体の工業化の前提です。」困難と課題にもかかわらず、Xu Zhengはまだ炭素系半導体の将来の希望に満ちています。 「関連機器の開発レベルが向上した場合、炭素系半導体産業は工業用機器を支援することができ、炭素系半導体が大規模で先進化開発を実現することが可能である。
炭素系半導体に取り組むの長い旅で、業界は内部スキルを育成し、系統的な技術の蓄積を形成する必要があります。数日前、Academician Peng Lianmaoチームはまた、レポーターにローキーをする意欲を表明しました。これは、炭素ベースの半導体産業がさらなる発展を達成することである側から説明することができ、業界は依然として研究開発に集中し、そして地球下にある必要がある。