Aktualności
Jak przełamują półprzewodniki na bazie węgla?
W ciągu ostatniego pół wieku przemysł półprzewodnikowy śledził trajektorię prawa Moore'a, aby rozwinąć się z dużą prędkością. W dzisiejszych czasach metoda poprawy wydajności chipów po prostu poprzez aktualizację procesu nie może już w pełni spełniać potrzeby czasów, a przemysł półprzewodnikowy stopniowo wszedł do "ERA POST-MOORE". Adwent Era Post-Moore przyniósł nowe możliwości rozwoju rozwoju zintegrowanego branży obwodów Chin. China Electronics News rozpoczęła serię raportów w sprawie "badania destrukcyjnych technologii układów zintegrowanych w ERa Post-Moore", aby uporządkować potencjalne technologie destrukcyjne układów zintegrowanych. Omów status rozwoju, problemy przemysłowe i przyszłe perspektywy każdej technologii.
Dzięki procesowi produkcyjnym zbliża się do 2 nanometrów, potencjał materiałów wiórów na bazie krzemu ma zasadniczo stuknięty i nie może zaspokoić potrzeby przyszłego rozwoju branży. Zastosowanie nowych materiałów jest rozpoznawane jako fundamentalne rozwiązanie problemów z wydajnością układu. Jeśli prawo Moore'a naprawdę nie powiedzie się, żetony na bazie krzemu, które stopniowo zbliżają się do limitów fizycznych, prawdopodobnie będą w sytuacji, w której nie ma wątpliwości. W tym przypadku półprzewodniki oparte na węglu będą Zbawicielem, który pokaże nam scenę "nowej wioski"? Na tym etapie, jak półprzewodniki na bazie węgla mogą wydostać się z "szklanego pokoju" laboratorium i naprawdę zdają sobie sprawę, że ich potencjał jest nadal koncentracją uwagi i trudnościami w obliczu przemysłu.
Półprzewodniki oparte na węglu mają unikalne zalety
Po prawu Moore'a "Złotej Reguły" przemysłu półprzewodnikowego, wykonanie chipów półprzewodnikowych opartych na silikonie podwoi się co do 18 do 24 miesięcy. Jednakże, ponieważ rozmiary układu nadal się zmniejsza, zwłaszcza gdy poziom technologii produkcji chipów wchodzi do węzła 5-nanometru, rozwój wiórów krzemowych zaczyna stawić czoła wiele ograniczeń fizycznych, a przemysł stopniowo pojawił się "Prawo Moore'a jest martwe" i " Technologia na bazie krzemu dobiegła końca. " I inne widoki. Półwysokniki na bazie węgla są uważane za jedno z destrukcyjnych technologii w epoce początkowej.
Półprzewodnik oparty na węglu jest materiałem półprzewodnikowym opracowanym na podstawie nanomateriałów na bazie węgla, reprezentowanego przez nanorurki węglowe (CNT) i Grafen. Raport Research ITRS wyraźnie wskazał, że przyszłe badania naukowe branży półprzewodnikowej powinny skupić się na elektronikę na bazie węgla.
Aby kontynuować prawo Moore, naukowcy nadal badają nowe materiały i nowe struktury urządzeń. W porównaniu z tradycyjną technologią opartą na silikonach, jakie zalety półprzewodniki oparte na węglu, które przyciągnęły niezliczonych badaczy naukowych "konkurować"?
Personel techniczny w Pekinie zintegrowany Instytut Badawczy Instytutu Badań Obwód opartych wcześniej opowiedział reportera "China Electronics News", że technologia oparta na węglu ma lepszą wydajność i niższe zużycie energii niż technologię silikonową. Na przykład oczekuje się, że wióry na bazie węgla przy użyciu procesu 90-nanometru wytwarzają żetony na bazie silikonów z wydajnością i integracją równoważną z 28-nanometru węzła technologii, a układy na bazie węgla przy użyciu procesu 28-nanometru mogą osiągnąć silikometr Żetony odpowiednikowe węzła technologii 7-nanometru.
MA Yaobin, badacz w Instytucie Układów zintegrowanych, CCID Think, wziął nanorurki węglowe jako przykład, aby pokazać dziennikarzom z Chin Wiadomości Elektroniki o technologicznych zaletach półprzewodników opartych na bazie węgla. "CNT (węgla nanoruntube) ma niezwykle wysoką mobilność przewoźnika, bardzo cienki rozmiar ciała i doskonałą przewodność cieplną. W porównaniu z procesorami na bazie krzemu, prędkość operacyjna i zużycie energii w procesorach opartych na CNFET mogą mieć około 3%. Korzyść z dwóch Czasy, czyli zaletą produktu opóźnienia energii (EDP) około 9 razy ". Ma Yaobin powiedział dziennikarzom.
Zastosowanie materiałów grafenowych jest również silnym dowodem zalet półprzewodników opartych na węglu. Ma Yaobin wskazywał na dziennikarzów, że Grafen ma doskonałe cechy, takie jak mobilność wysokiej nośnika i dobra przewodność cieplna, która umożliwia tranzystory grafive, aby uzyskać wysoką prędkość transmisji sygnału i dobre rozpraszanie ciepła. W przyszłości, oczekuje się, że Grafen odgrywa ważną rolę w realizacji mniejszych układów wielkości, połączenia z pakietem 3D i optymalizację rozpraszania ciepła chipowego.
Dawn technologii nanorurtube węglowej
W rzeczywistości pościg ludzi i eksploracja materiałów półprzewodnikowych opartych na bazie węgla nie tylko rozpoczęły się w ostatnich latach. Technologia węgla nanotube przy użyciu nowych materiałów zawsze przyciągała uwagę niezliczonych naukowców. W 1991 roku, japoński fizyk SUMIO IIJIMA, który został wybrany jako zagraniczny akademicka chińskiej Akademii Nauk, niespodziewanie odkryta nanorurki węglowe, gdy stosował mikroskop elektronowy o wysokiej rozdzielczości, aby przestrzegać produktów z włókna węglowego wytwarzanego przez metodę ARC. Zgodnie z jego obserwacjami nanorurki węglowe wykonane są z cząsteczek węglowych ułożonych w kształcie rurowym, które można uznać za jedną warstwę grafitu walcowanej do "cylindra", który należy wytwarzać z materiałów węglowych, takich jak pręty grafitowe przez specjalne metoda.
W sierpniu 2019 r. Ponownie wynika z badań węglowych nanorurów, które znów sprawiły, że "Hello, World" ciąg znaków znajomych każdego programatora globalnego sensacji. Papier opublikowany w przyrodzie dziennika pokazał, że max shulaker i jego koledzy w Massachusetts Institute of Technology w Stanach Zjednoczonych udało się zaprojektować i konstruować mikroprocesor nanorurki węglowej. Ten mikroprocesor jest 16-bitowym mikroprocesorem produkowanym za pomocą ponad 14 000 tranzystorów węglowych (CNT). Jego metoda projektowania i produkcji przezwycięża poprzednie wyzwania związane z nanorurami węglowymi i ma być krzem w zaawansowanych urządzeniach mikroelektronicznych. Przynieś alternatywę o wysokiej wydajności. Ten mikroprocesor nazwał "RV16X-NANO" i pomyślnie wykonał program w teście, generowanie wiadomości: "Hello, World! I jestem RV16xnano, wykonany z nanorurów węglowych".
Ma Yaobin powiedział dziennikarzom, że naukowcy z TSMC, Stanford University i University of California, San Diego z San Diego, opracowali także top-bramy CNFET (tranzystor efekt pola węglowego nanotube) z długością bramy 10nm i huśtawki subtrresholu 68mv / dec.
W ubiegłym roku zespół Akademii Chińskiej Akademii Nauk i profesorów Departamentu Elektroniki Peeking University Peng Lianmao i profesor Zhang Zhiyong Głównymi wynikami badawczymi na podstawie materiałów półprzewodnikowych opartych na bazie dwutlenku węgla dały również nową nadzieję w dziedzinie . W dniu 22 maja 2020 r. Zespół opublikował papierową "półprzewodników o wysokiej gęstości półprzewodników węglowych tablic równoległych do elektroniki o wysokiej wydajności" w magazynie naukowej, wprowadzając najnowszy rozwój zespołu wielokrotnego oczyszczania i wymiarowych metod samodzielnego montażu. Metoda rozwiązuje problemy czystości materialnej, gęstości i obszaru, które od dawna nękają przygotowanie materiałów półprzewodnikowych opartych na węglu.
Postęp badań na półprzewodniki oparte na węglu nie zawsze jest płynna żeglarstwo. Po "dużych falach" badania w tej dziedzinie przez niektóre instytucje i firmy utknęły. Już w 2014 r. IBM zrobił odważny retoryka, mówiąc, że użyje nanorurki węglowej do produkcji żetonów 5 razy szybciej niż wtedy do 2020 r., Ale nie ma dalszych postępów w badaniach i rozwoju.
Obwody oparte na węglu i na bazie krzemu należy rozwinąć inaczej
Chociaż półprzewodniki na bazie węgla reprezentowane przez nanorurki węglowe i grafenu mają wiele zalet technicznych, a potencjał rynkowy jest oczywisty dla wszystkich, nadal istnieje wiele trudności w wysokiej jakości, masowej produkcji i praktycznym zastosowaniu półprzewodników opartych na węglu.
Nie jest łatwe dla rur węglowych, tworząc cienkie folie do przetwarzania obwodów VLSI. Profesor Wan Qing School of Electronic Science and Engineering Nanjing University wyraził opinię na temat reportera "China Electronics News": Jeśli jest to bezpośredni wzrost kierunkowy, trudno jest uzyskać doskonałą gęstość Półprzewodnikowy folię rurki węglowej; Aby zaspokoić potrzeby dużego obszaru (12-calowego) nano-skali bardzo dużą technologię zintegrowanej zintegrowanej, produkcji masowej produkcji i wydajności produktów może stać się wyzwaniem.
Wan Qing uważa, że chociaż pojedyncze urządzenie oparte na węglu ma już dobrze, w porównaniu z siłąconymi układami scalonowymi, półprzewodniki na bazie węgla nadal mają pewne problemy w nano-skalowej integracji i wydajności przemysłowej. Pod względem konwencjonalnych zintegrowanych zastosowań obwodów, obwody rurowe może nie być w stanie konkurować z obwodami na bazie krzemu, więc półprzewodniki oparte na węglu mogą wymagać różnicowania rozwoju. W przyszłości oczekuje się, że znajdzie wyjście w nowych polach, takich jak systemy wykrywania i elastycznych.
Ma Yaobin powiedział dziennikarzom, że przygotowanie partii ultra-wysokiej półprzewodnikowej czystości (99,9999%), in-line (kąt orientacji <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.
Jeśli chodzi o grafenu, MA Yaobin powiedział, że cecha luki zerowej zerowej grafenu sprawia, że współczynnik przełącznika tranzystora graficznego jest bardzo mały, co również ogranicza stosowanie półprzewodników opartych na węglu w obwodach logicznych.
Od "idealnej wartości" laboratorium do stosowania na dużą skalę na rynku, droga do industrializacji półprzewodników opartych na bazie węgla jest długi i trudny. Xu Zheng, profesor w Szkole Nauki o Uniwersytecie Pekinu Jiaotong, powiedział reportera "China Electronics News", które obecnie są materiały półprzewodnikowe oparte na węglu, które osiągnęły właściwości fizyczne, ale tworzenie urządzeń, muszą je poddać się Proces polerowania. "Realizacja technologii i gwarancja wyników kosztów są warunkiem wstępnym industrializacji półprzewodników opartych na węglu". Pomimo trudności i wyzwań, Xu Zheng jest nadal pełen nadziei na przyszłość półprzewodników opartych na węglu. "Jeśli ulepszono poziom rozwoju sprzętu, oparte na węglu przemysł półprzewodnikowy może przy wsparciu sprzętu uprzemysłowionego, możliwe jest półprzewodniki na bazie dwutlenku węgla, aby osiągnąć rozwój na dużą skalę i uprzemysłowizny".
W dłuższej drodze branży półprzewodników opartych na węglu przemysł musi uprawiać umiejętności wewnętrzne i tworzą systematyczne akumulację technologii. Kilka dni temu zespół Academic Peng Lianmoo wyraził również gotowość do robienia rzeczy niskiego klucza do reporterów. Może to być możliwe wyjaśnienie z boku, że jeśli przemysł półprzewodnikowy na bazie węgla ma osiągnąć dalszy rozwój, branża nadal musi skoncentrować się na badaniach i rozwoju i być na ziemi.
Dzięki procesowi produkcyjnym zbliża się do 2 nanometrów, potencjał materiałów wiórów na bazie krzemu ma zasadniczo stuknięty i nie może zaspokoić potrzeby przyszłego rozwoju branży. Zastosowanie nowych materiałów jest rozpoznawane jako fundamentalne rozwiązanie problemów z wydajnością układu. Jeśli prawo Moore'a naprawdę nie powiedzie się, żetony na bazie krzemu, które stopniowo zbliżają się do limitów fizycznych, prawdopodobnie będą w sytuacji, w której nie ma wątpliwości. W tym przypadku półprzewodniki oparte na węglu będą Zbawicielem, który pokaże nam scenę "nowej wioski"? Na tym etapie, jak półprzewodniki na bazie węgla mogą wydostać się z "szklanego pokoju" laboratorium i naprawdę zdają sobie sprawę, że ich potencjał jest nadal koncentracją uwagi i trudnościami w obliczu przemysłu.
Półprzewodniki oparte na węglu mają unikalne zalety
Po prawu Moore'a "Złotej Reguły" przemysłu półprzewodnikowego, wykonanie chipów półprzewodnikowych opartych na silikonie podwoi się co do 18 do 24 miesięcy. Jednakże, ponieważ rozmiary układu nadal się zmniejsza, zwłaszcza gdy poziom technologii produkcji chipów wchodzi do węzła 5-nanometru, rozwój wiórów krzemowych zaczyna stawić czoła wiele ograniczeń fizycznych, a przemysł stopniowo pojawił się "Prawo Moore'a jest martwe" i " Technologia na bazie krzemu dobiegła końca. " I inne widoki. Półwysokniki na bazie węgla są uważane za jedno z destrukcyjnych technologii w epoce początkowej.
Półprzewodnik oparty na węglu jest materiałem półprzewodnikowym opracowanym na podstawie nanomateriałów na bazie węgla, reprezentowanego przez nanorurki węglowe (CNT) i Grafen. Raport Research ITRS wyraźnie wskazał, że przyszłe badania naukowe branży półprzewodnikowej powinny skupić się na elektronikę na bazie węgla.
Aby kontynuować prawo Moore, naukowcy nadal badają nowe materiały i nowe struktury urządzeń. W porównaniu z tradycyjną technologią opartą na silikonach, jakie zalety półprzewodniki oparte na węglu, które przyciągnęły niezliczonych badaczy naukowych "konkurować"?
Personel techniczny w Pekinie zintegrowany Instytut Badawczy Instytutu Badań Obwód opartych wcześniej opowiedział reportera "China Electronics News", że technologia oparta na węglu ma lepszą wydajność i niższe zużycie energii niż technologię silikonową. Na przykład oczekuje się, że wióry na bazie węgla przy użyciu procesu 90-nanometru wytwarzają żetony na bazie silikonów z wydajnością i integracją równoważną z 28-nanometru węzła technologii, a układy na bazie węgla przy użyciu procesu 28-nanometru mogą osiągnąć silikometr Żetony odpowiednikowe węzła technologii 7-nanometru.
MA Yaobin, badacz w Instytucie Układów zintegrowanych, CCID Think, wziął nanorurki węglowe jako przykład, aby pokazać dziennikarzom z Chin Wiadomości Elektroniki o technologicznych zaletach półprzewodników opartych na bazie węgla. "CNT (węgla nanoruntube) ma niezwykle wysoką mobilność przewoźnika, bardzo cienki rozmiar ciała i doskonałą przewodność cieplną. W porównaniu z procesorami na bazie krzemu, prędkość operacyjna i zużycie energii w procesorach opartych na CNFET mogą mieć około 3%. Korzyść z dwóch Czasy, czyli zaletą produktu opóźnienia energii (EDP) około 9 razy ". Ma Yaobin powiedział dziennikarzom.
Zastosowanie materiałów grafenowych jest również silnym dowodem zalet półprzewodników opartych na węglu. Ma Yaobin wskazywał na dziennikarzów, że Grafen ma doskonałe cechy, takie jak mobilność wysokiej nośnika i dobra przewodność cieplna, która umożliwia tranzystory grafive, aby uzyskać wysoką prędkość transmisji sygnału i dobre rozpraszanie ciepła. W przyszłości, oczekuje się, że Grafen odgrywa ważną rolę w realizacji mniejszych układów wielkości, połączenia z pakietem 3D i optymalizację rozpraszania ciepła chipowego.
Dawn technologii nanorurtube węglowej
W rzeczywistości pościg ludzi i eksploracja materiałów półprzewodnikowych opartych na bazie węgla nie tylko rozpoczęły się w ostatnich latach. Technologia węgla nanotube przy użyciu nowych materiałów zawsze przyciągała uwagę niezliczonych naukowców. W 1991 roku, japoński fizyk SUMIO IIJIMA, który został wybrany jako zagraniczny akademicka chińskiej Akademii Nauk, niespodziewanie odkryta nanorurki węglowe, gdy stosował mikroskop elektronowy o wysokiej rozdzielczości, aby przestrzegać produktów z włókna węglowego wytwarzanego przez metodę ARC. Zgodnie z jego obserwacjami nanorurki węglowe wykonane są z cząsteczek węglowych ułożonych w kształcie rurowym, które można uznać za jedną warstwę grafitu walcowanej do "cylindra", który należy wytwarzać z materiałów węglowych, takich jak pręty grafitowe przez specjalne metoda.
W sierpniu 2019 r. Ponownie wynika z badań węglowych nanorurów, które znów sprawiły, że "Hello, World" ciąg znaków znajomych każdego programatora globalnego sensacji. Papier opublikowany w przyrodzie dziennika pokazał, że max shulaker i jego koledzy w Massachusetts Institute of Technology w Stanach Zjednoczonych udało się zaprojektować i konstruować mikroprocesor nanorurki węglowej. Ten mikroprocesor jest 16-bitowym mikroprocesorem produkowanym za pomocą ponad 14 000 tranzystorów węglowych (CNT). Jego metoda projektowania i produkcji przezwycięża poprzednie wyzwania związane z nanorurami węglowymi i ma być krzem w zaawansowanych urządzeniach mikroelektronicznych. Przynieś alternatywę o wysokiej wydajności. Ten mikroprocesor nazwał "RV16X-NANO" i pomyślnie wykonał program w teście, generowanie wiadomości: "Hello, World! I jestem RV16xnano, wykonany z nanorurów węglowych".
Ma Yaobin powiedział dziennikarzom, że naukowcy z TSMC, Stanford University i University of California, San Diego z San Diego, opracowali także top-bramy CNFET (tranzystor efekt pola węglowego nanotube) z długością bramy 10nm i huśtawki subtrresholu 68mv / dec.
W ubiegłym roku zespół Akademii Chińskiej Akademii Nauk i profesorów Departamentu Elektroniki Peeking University Peng Lianmao i profesor Zhang Zhiyong Głównymi wynikami badawczymi na podstawie materiałów półprzewodnikowych opartych na bazie dwutlenku węgla dały również nową nadzieję w dziedzinie . W dniu 22 maja 2020 r. Zespół opublikował papierową "półprzewodników o wysokiej gęstości półprzewodników węglowych tablic równoległych do elektroniki o wysokiej wydajności" w magazynie naukowej, wprowadzając najnowszy rozwój zespołu wielokrotnego oczyszczania i wymiarowych metod samodzielnego montażu. Metoda rozwiązuje problemy czystości materialnej, gęstości i obszaru, które od dawna nękają przygotowanie materiałów półprzewodnikowych opartych na węglu.
Postęp badań na półprzewodniki oparte na węglu nie zawsze jest płynna żeglarstwo. Po "dużych falach" badania w tej dziedzinie przez niektóre instytucje i firmy utknęły. Już w 2014 r. IBM zrobił odważny retoryka, mówiąc, że użyje nanorurki węglowej do produkcji żetonów 5 razy szybciej niż wtedy do 2020 r., Ale nie ma dalszych postępów w badaniach i rozwoju.
Obwody oparte na węglu i na bazie krzemu należy rozwinąć inaczej
Chociaż półprzewodniki na bazie węgla reprezentowane przez nanorurki węglowe i grafenu mają wiele zalet technicznych, a potencjał rynkowy jest oczywisty dla wszystkich, nadal istnieje wiele trudności w wysokiej jakości, masowej produkcji i praktycznym zastosowaniu półprzewodników opartych na węglu.
Nie jest łatwe dla rur węglowych, tworząc cienkie folie do przetwarzania obwodów VLSI. Profesor Wan Qing School of Electronic Science and Engineering Nanjing University wyraził opinię na temat reportera "China Electronics News": Jeśli jest to bezpośredni wzrost kierunkowy, trudno jest uzyskać doskonałą gęstość Półprzewodnikowy folię rurki węglowej; Aby zaspokoić potrzeby dużego obszaru (12-calowego) nano-skali bardzo dużą technologię zintegrowanej zintegrowanej, produkcji masowej produkcji i wydajności produktów może stać się wyzwaniem.
Wan Qing uważa, że chociaż pojedyncze urządzenie oparte na węglu ma już dobrze, w porównaniu z siłąconymi układami scalonowymi, półprzewodniki na bazie węgla nadal mają pewne problemy w nano-skalowej integracji i wydajności przemysłowej. Pod względem konwencjonalnych zintegrowanych zastosowań obwodów, obwody rurowe może nie być w stanie konkurować z obwodami na bazie krzemu, więc półprzewodniki oparte na węglu mogą wymagać różnicowania rozwoju. W przyszłości oczekuje się, że znajdzie wyjście w nowych polach, takich jak systemy wykrywania i elastycznych.
Ma Yaobin powiedział dziennikarzom, że przygotowanie partii ultra-wysokiej półprzewodnikowej czystości (99,9999%), in-line (kąt orientacji <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.
Jeśli chodzi o grafenu, MA Yaobin powiedział, że cecha luki zerowej zerowej grafenu sprawia, że współczynnik przełącznika tranzystora graficznego jest bardzo mały, co również ogranicza stosowanie półprzewodników opartych na węglu w obwodach logicznych.
Od "idealnej wartości" laboratorium do stosowania na dużą skalę na rynku, droga do industrializacji półprzewodników opartych na bazie węgla jest długi i trudny. Xu Zheng, profesor w Szkole Nauki o Uniwersytecie Pekinu Jiaotong, powiedział reportera "China Electronics News", które obecnie są materiały półprzewodnikowe oparte na węglu, które osiągnęły właściwości fizyczne, ale tworzenie urządzeń, muszą je poddać się Proces polerowania. "Realizacja technologii i gwarancja wyników kosztów są warunkiem wstępnym industrializacji półprzewodników opartych na węglu". Pomimo trudności i wyzwań, Xu Zheng jest nadal pełen nadziei na przyszłość półprzewodników opartych na węglu. "Jeśli ulepszono poziom rozwoju sprzętu, oparte na węglu przemysł półprzewodnikowy może przy wsparciu sprzętu uprzemysłowionego, możliwe jest półprzewodniki na bazie dwutlenku węgla, aby osiągnąć rozwój na dużą skalę i uprzemysłowizny".
W dłuższej drodze branży półprzewodników opartych na węglu przemysł musi uprawiać umiejętności wewnętrzne i tworzą systematyczne akumulację technologii. Kilka dni temu zespół Academic Peng Lianmoo wyraził również gotowość do robienia rzeczy niskiego klucza do reporterów. Może to być możliwe wyjaśnienie z boku, że jeśli przemysł półprzewodnikowy na bazie węgla ma osiągnąć dalszy rozwój, branża nadal musi skoncentrować się na badaniach i rozwoju i być na ziemi.