Новый обзорный документ, опубликованный на «Форуме Шуан-Цин», представляет собой значительный шаг вперед для полупроводниковой промышленности и предлагает всесторонний обзор достижений и стратегическую дорожную карту для двумерных (2D) материалов.
Эти коллективные усилия ведущих китайских ученых очерчивают переход 2D-материалов от фундаментальных исследований к промышленному развитию, подчеркивая решающую роль специализированных инструментов, искусственного интеллекта и сотрудничества академических кругов и промышленности в стимулировании этой технологической революции.
Исследование опубликовано в журнале Science China Information Sciences.
Новая эра в миниатюризации полупроводников
За последние 70 лет полупроводниковая промышленность была движущей силой технологического прогресса с постоянной миниатюризацией и улучшением производительности.
Стремление к закону Мура привело к исследованию новых материалов и геометрических форм, среди которых двумерные материалы, такие как дихалькогениды переходных металлов (TMD), выделяются как потенциальные кандидаты на роль транзисторов следующего поколения на основе атомно тонкого канала.
Стратегическая дорожная карта для 2D-материалов
В обзорном документе подчеркивается необходимость в специальных технологиях и инструментах, соответствующих промышленным стандартам для 2D-материалов. Он подчеркивает важность роста материалов, определения характеристик и проектирования схем, создавая основу для совместных усилий академических кругов и промышленности, которые будут стимулировать следующее десятилетие двумерных исследований материалов. Основные части дорожной карты включают в себя:
- Материалы, точное масштабирование. Будущее двумерных полупроводниковых материалов зависит от точного масштабирования производства. Промышленность добилась успехов в освоении 2-дюймовых монокристаллических пластин n-типа, но проблема дефектов материалов остается. Разработка более крупных монокристаллов с точным контролем дефектов и создание материалов p/n-типа, соответствующих характеристикам кремния, являются основными направлениями будущего развития.
- Определение характеристик, незаменимая роль искусственного интеллекта: сложные методы определения характеристик достигли уровня субатомного разрешения, отвечая требованиям 2D-материалов. Интеграция инструментов искусственного интеллекта жизненно важна для стандартизации и уточнения критериев оценки, обеспечивая точность и эффективность анализа экспериментальных метаданных.
- Электронные устройства, синергия BEOL и FEOL: полупроводниковые 2D-устройства приближаются к показателям производительности, которые могут конкурировать с кремниевыми устройствами. Будущие достижения будут сосредоточены на фундаментальных технологиях, таких как интеграция HKMG и контролируемое допинг, с упором на оптимизацию производительности, энергопотребления и площади.
- Управление температурным режимом и межсоединения, преодоление RC-задержек. Эффективное управление температурным режимом и уменьшение RC-задержек имеют решающее значение в полупроводниковых устройствах. Использование материалов с более низкой диэлектрической проницаемостью и интеграция двумерных материалов, таких как гексагональный нитрид бора (h-BN) и графен, призваны повысить производительность и надежность.
- Интегральные схемы, охватывающие 3D-интеграцию. Будущее интегральных схем (ИС) на основе 2D-полупроводников движется в сторону 3D-интеграции. Этот переход позволит использовать преимущества 2D-полупроводников для монолитной 3D-гетерогенной интеграции, повышая энергоэффективность и функциональность на уровне чипа.
- Оптоэлектронная интеграция – путь к высокопроизводительным технологиям. Оптоэлектронная интеграция может стать ключевым направлением в высокопроизводительных информационных технологиях. Синтез крупномасштабных высококачественных монокристаллов и развитие многофункциональных интегрированных устройств являются ключом к этой будущей траектории.
