Новости

Как прорываются полупроводники на основе углерода?

За последние полвека полупроводниковая промышленность следила за траекторией закона Мура для развития на высокой скорости. В настоящее время способ улучшения производительности чипов просто путем обновления процесса больше не может полностью удовлетворить потребности времени, а полупроводниковая промышленность постепенно ввела «эпоху после Мура». Адвокат ERA Post-Moore привел новые возможности развития развитию интегральной цепи в Китае. Китайские новости электроники запустили серию отчетов о «изучении разрушительных технологий интегрированных цепей в эпоху после Мура», чтобы разобраться потенциальные разрушительные технологии интегрированных цепей. Обсудите статус развития, промышленные проблемы и будущие перспективы каждой технологии.

С процессом производства чипа приближается к 2 нанометрам, потенциал микросхемы на основе кремния в основном постучал, и он не может удовлетворить потребности будущего развития отрасли. Использование новых материалов признано как фундаментальное решение для задач производительности чипов. Если закон Мура действительно не удается, на основе кремниевых чипсов, которые постепенно приближаются к физическим ограничениям, могут быть в ситуации, когда нет никакого выхода из сомнения. В этом случае на основе углеродных полупроводников будут спасительными, которые покажут нам сцену «новой деревни»? На этом этапе, насколько полупроводники на основе углерода могут выйти из «стеклянной комнаты» лаборатории, и действительно реализовать, что их потенциал по-прежнему является центром внимания и трудностями, с которыми сталкиваются отрасль.

Полупроводники на основе углерода имеют уникальные преимущества

Следуя закону Мура, «Золотое правило» полупроводниковой промышленности, производительность полупроводниковых чипов на основе кремния удвоится каждые 18-24 месяца. Однако, поскольку размеры чипов продолжают сокращаться, особенно когда уровень технологии чипов входит в узел 5-нанометрового узла, развитие кремниевых чипсов начинает противостоять многим физическим ограничениям, и отрасль постепенно появилась «закон Мура» Технология на основе кремния подошла к концу ». И другие взгляды. Углеродные полупроводники считаются одним из разрушительных технологий в эпоху после Мура.

Полупроводник на основе углерода представляет собой полупроводниковый материал, разработанный на основе наноматериалов на основе углерода, представленные углеродными нанотрубками (CNT) и графеном. Исследовательский отчет ITRS четко отметил, что будущий исследовательский центр полупроводниковой промышленности должен сосредоточиться на углеродной электронике.

Чтобы продолжить закон Мура, исследователи продолжали исследовать новые материалы и новые структуры устройств. По сравнению с традиционными технологиями на основе кремния, какие преимущества занимают углеродные полупроводники, которые привлекли бесчисленные научные исследователи «Compate»?

Технический персонал Института научно-исследовательского научно-исследовательского персонала Пекинской углеродной углеродистой связи, ранее сказал репортеру «Китайских новостей электроники», что углеродная технология имеет лучшую производительность и снижение энергопотребления, чем технологии на основе кремния. Например,, как ожидается, используются углеродные чипы с использованием процесса 90-нанометров, будут создавать микросхемы на основе кремний с производительностью и интеграцией, эквивалентными к 28-нанометровому технологическому узлу, а кровопролитные чипы с использованием 28-нанометрового процесса могут достигать кремния на основе кремния Чипы эквивалентны 7-нанометровому узлу технологии.

М. А. Яобин, исследователь в Институте интегральных цепей, CCID Tank Tank, принял углеродные нанотрубки в качестве примера, чтобы показать журналистам из Китайских электронических новостей о технологических преимуществах полупроводников на основе углерода. «CNT (углеродный нанотруб) имеет чрезвычайно высокую подвижность носителей, очень тонкий размер тела и превосходную теплопроводность. По сравнению с кремниевыми процессорами, рабочая скорость и энергопотребление процессоров на основе CNFET могут иметь около 3%. Преимущество двух Время, то есть преимущество продукта задержки энергии (EDP) около 9 раз ». М.А. Яобин сказал журналистам.

Использование графеновых материалов также является сильным доказательством преимуществ полупроводников на основе углерода. М. А. Яобин указал на журналисты, которые графен обладают превосходными характеристиками, такие как высокая подвижность носителей и хорошая теплопроводность, что позволяет графеновыми транзисторами получать высокую скорость передачи сигнала и хорошее рассеивание тепла. В будущем, как ожидается, графен будет играть важную роль в реализации более мелких чипов размеров, соединения 3D-пакета и оптимизации рассеивания тепла чипов.

Рассвет технологии углеродных нанотрубок

Фактически, преследование людей и разведка на основе углеродных полупроводниковых материалов не только началось в последние годы. Технология углерода NanoTube с использованием новых материалов всегда привлекла внимание бесчисленных ученых. В 1991 году японский физик Sumio Iijima, который был избран в качестве иностранного академика Академии наук Китая, неожиданно обнаружил нанотрубки углерода, когда он использовал электронный микроскоп передачи высокого разрешения для наблюдения за продуктами углеродного волокна, создаваемого методом дуги. Согласно его наблюдениям, углеродные нанотрубки изготовлены из углеродных молекул, расположенных в трубчатой ​​форме, которую можно рассматривать как один слой графита, свернувшись в «цилиндр», который должен быть получен из углеродных материалов, таких как графитовые стержни специальным метод.

В августе 2019 года исследовательский результат нанотрубок углерода вновь сделал «Hello, World» ряд персонажей, знакомых для каждого программиста глобального сенсации. Бумага, опубликованная в журнале Nature, показала, что Макс Шулакер и его коллеги в Институте технологии Массачусетса в Соединенных Штатах сумели разработать и построить микропроцессор нанотрубки углерода. Этот микропроцессор представляет собой 16-битный микропроцессор, изготовленный с использованием более 14 000 транзисторов углерода Nanotube (CNT). Его метод проектирования и изготовления преодолевает предыдущие проблемы, связанные с углеродными нанотрубками, и ожидается, что кремний в передовых микроэлектронных устройствах. Принести высокопроизводительную альтернативу. Этот микропроцессор был назван «RV16x-Nano» и успешно выполнил программу в тесте, генерируя сообщение: «Привет, мир! Я RV16xnano, сделанный из углеродных нанотрубок».

М.А. Яобин сообщил журналистам, что исследователи из TSMC, Стэнфордского университета и Университета Калифорнии, Сан-Диего также совместно разработали Top-Gate CNFET (транзистор полевых эффектов углерода NanoTube) с длиной ворот 10 нм и подпунктивным качанием 68 мВ / декабря.

В прошлом году команда академиков Академии наук Китая и профессора кафедры электроники Пецпинского университета Пэн Ляньмао и профессора Чжан Чжиюнских результатов исследований на основе углеродных полупроводниковых материалов также дали отраслью новую надежду в эпоху после Moor Отказ 22 мая 2020 года команда опубликовала бумагу «Параллельные матрицы полупроводниковых углерода высокой плотности высокой плотности для высокопроизводительной электроники» в научном журнале, введя последнюю разработку команды множественной очистки и измельченным методам самосборки. Способ решает проблемы чистоты материала, плотности и площади, которые давно уступают получение полупроводниковых материалов на основе углерода.

Прогресс исследования на основе углеродных полупроводников не всегда плавный парусник. После того, как «большие волны», исследования в этой области некоторыми учреждениями и компаниями остановились. Уже в 2014 году IBM сделала смелое риторику, сказав, что он использовал бы углеродные нанотрубки для производства чипов в 5 раз быстрее, чем тогда к 2020 году, но не существует дальнейшего прогресса в исследованиях и разработках.

На основе углеродных и кремниевых цепей необходимо развивать по-разному


Хотя самые углеродные полупроводники, представленные нанотрубками углерода и графена, имеют множество технических преимуществ, и потенциал рынка очевиден для всех, все еще много трудностей в качестве высококачественных, массообменных и практических применения полупроводников на основе углерода.

Нелегко для углеродных трубок с образованием тонких пленок для обработки цепей VLSI. Профессор Ван Цин Школы электронного науки и инжиниринга Университета Нанкина выразил свое мнение с репортером «Китайских электронных новостей»: если это прямой рост направления, трудно получить идеальную полупроводнику высокой плотности. Для удовлетворения потребностей крупной площади (12-дюймовой) наномасштабной очень масштабной интегрированной технологии схемы, массовое производство и выход продукта могут стать задачами.


Ван Цин считает, что, хотя одно угарное устройство уже хорошо, по сравнению с силиконовыми цепями, полупроводники на основе углерода все еще имеют определенные проблемы в наномасштабной ультрасмасштабной интеграции и промышленной доходности. С точки зрения обычных применений интегрированной цепи, Carbon Tube Circoits не сможет конкурировать с кремниями цепи в настоящее время, поэтому на основе углеродных полупроводников может потребоваться дифференцированное развитие. В будущем, как ожидается, найдет выход в новых полях, таких как зондирование и гибкие системы.


М.А. Яобин сообщил журналистам, что пакетная подготовка ультра-высокой полупроводниковой чистоты (99,999%), встроенная (угол ориентации <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.


Что касается графена, мА Яобин сказал, что особенность зазора нулевой зоны внутреннего графена делает соотношение коммутатора транзистора графенового транзистора очень маленькое, которое также также ограничивает применение полупроводников на основе углерода в логических цепях.


Из «идеальной ценности» лаборатории к крупномасштабному применению на рынке дорога к индустриализации полупроводников на основе углеродных углерод длиной и сложной. Сюй Чжэн, профессор в школе науки Пекинского университета Цзяотун, рассказал репортеру «Китайских новостей по электронной технике», в котором в настоящее время полупроводниковые материалы на основе углерода достигли физических свойств, но для создания устройств, им нужно пройти много Полировка процесса. «Реализация технологий и гарантия производительности затрат - это предпосылки для индустриализации полупроводников на основе углеродных углерод». Несмотря на трудности и проблемы, Сюй Чжэн все еще полон надежды на будущее полупроводников на основе углерода. «Если уровень разработки сопутствующей оборудовании улучшено, углеродная полупроводниковая промышленность может при поддержке промышленно развитого оборудования, возможно, на основе углеродных полупроводников для достижения масштабных и промышленно развивающихся развитию».

В долгом путешествии по борьбе с углеродными полупроводниками, отрасль должна выращивать внутренние навыки и формировать систематическое накопление технологии. Несколько дней назад команда академика PENG Lianmao также выразила готовность сделать с низким ключом к журналистам. Это может быть в состоянии объяснить с точки зрения того, что если у углеродной полупроводниковой промышленности является достижение дальнейшего развития, отрасль все еще должна сосредоточиться на исследованиях и развитии и быть не вземным.