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全新低温生长工艺,在硅片上直接“长出”三原子厚晶体管

2023-05-04 14:14:31 综合报道 阅读:
近日,美国麻省理工学院一个跨学科团队开发出一种低温生长工艺,可直接在硅芯片上有效且高效地“生长”二维(2D)过渡金属二硫化物(TMD)材料层,以实现更密集的集成。

近日,美国麻省理工学院一个跨学科团队开发出一种低温生长工艺,可直接在硅芯片上有效且高效地“生长”二维(2D)过渡金属二硫化物(TMD)材料层,以实现更密集的集成。这项技术可能会让芯片密度更高、功能更强大。相关论文发表在最新一期《自然·纳米技术》杂志上。cyDednc

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新兴的人工智能应用,如产生人类语言的聊天机器人,需要更密集、更强大的计算机芯片。但半导体芯片传统上是用块状材料制造的,这种材料是方形的三维(3D)结构,因此堆叠多层晶体管以实现更密集的集成非常困难。然而,由超薄2D材料制成的晶体管,每个只有大约三个原子的厚度,堆叠起来可制造更强大的芯片。cyDednc

但将二维材料直接生长到硅CMOS 晶圆上是一项重大挑战,传统的方法要加热“分解”钼和硫化合物需要550摄氏度以上的温度,这可能会损坏硅晶体管和电路,因为它们在400℃以上就会分解。因此研究人员为金属有机化学气相沉积工艺设计并建造了一个全新的熔炉,将熔炉分为高温区和低温区。硅片放在低温区,钼前体也停留在低温区域,温度保持在400摄氏度以下。硫前体流入高温区域,并在那里分解,然后它流回低温区,在那里发生在晶圆表面生长二硫化钼的化学反应。cyDednc

在过去,研究人员要先在其他地方生长二维材料,然后将它们转移到芯片或晶圆上。这通常会导致缺陷,从而影响最终设备和电路的性能。此外,在晶片规模上顺利转移材料也极其困难。相比之下,这种新工艺可以在整个8英寸晶圆上生长出一个光滑、高度均匀的层。cyDednc

同时这项新技术还能显著减少“种植”这些材料所需的时间。以前的方法需要一天多的时间才能生长出一层2D材料,而新方法可在不到一小时内在8英寸晶片上生长出均匀的TMD材料层。与以前的方法相比,这是一个重大的改进,因为以前的方法需要一天以上的时间才能完成一个单层。这项技术的增强的速度和均匀性使它适合于商业应用,因为8英寸或更大的晶圆是必不可少的。cyDednc

未来,研究人员希望微调他们的技术,并用它来生长许多堆叠的二维晶体管层。此外,他们还想探索低温生长过程在柔性表面(如聚合物、纺织品甚至纸张)中的应用。这可以将半导体集成到衣服或笔记本等日常用品上。cyDednc

责编:Ricardo
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