Siliciumteknologi boost med grafen og 2-D materialer

Silicium halvlederteknologi har gjort vidundere for udviklingen af ​​vores samfund, som har haft stor gavn af dens alsidige anvendelse og fantastiske muligheder. Udviklingen af ​​elektronik, automatisering, computere, digitale kameraer og nyere smartphones baseret på dette materiale og dets understøttende teknologi er skudt i vejret, nedskalering af den fysiske størrelse af enheder og ledninger til nanometerregimet.

Selvom denne teknologi har udviklet sig siden slutningen af ​​1960'erne, miniaturiseringen af ​​kredsløb ser ud til at have nået et muligt slutpunkt, da transistorer kun kan krympes til en vis størrelse og ikke længere. Dermed, der er et presserende behov for at komplementere Si CMOS-teknologi med nye materialer, og for at opfylde de fremtidige computerkrav samt behovet for diversificering af applikationer.

Nu, grafen og relaterede todimensionelle (2-D) materialer giver udsigt til hidtil usete fremskridt inden for enhedens ydeevne ved atomgrænsen. Deres fantastiske potentiale har vist sig at være en mulig løsning til at overvinde begrænsningerne ved siliciumteknologi, hvor kombinationen af ​​2-D materialer med siliciumchips lover at overgå de nuværende teknologiske begrænsninger.

I en ny anmeldelsesartikel i Natur , et team af internationale forskere, herunder ICFO -forskere Dr. Stijn Goossens og ICREA Prof hos ICFO Frank Koppens, og industrielle ledere fra IMEC og TSMC er gået sammen for at give en dybdegående og grundig gennemgang af mulighederne, fremskridt og udfordringer med at integrere atomisk tynde materialer med Si-baseret teknologi. De giver indsigt i, hvordan og hvorfor 2-D-materialer (2DM'er) kan overvinde de nuværende udfordringer ved den eksisterende teknologi, og hvordan de kan forbedre både enhedskomponentfunktion og ydeevne, at booste funktionerne i fremtidige teknologier, inden for beregningsmæssige og ikke-beregningsmæssige applikationer.

For ikke-beregningsmæssige applikationer, de gennemgår den mulige integration af disse materialer til fremtidige kameraer, laveffekt optisk datakommunikation og gas- og biosensorer. I særdeleshed, billedsensorer og fotodetektorer, er områder, hvor grafen og 2DM'er kunne muliggøre en ny vision i det infrarøde og terahertz -område ud over spektrets synlige område. Disse kan tjene, for eksempel, i selvkørende køretøjer, sikkerhed i lufthavne og augmented reality.

For beregningssystemer, og især inden for transistorer, de viser, hvordan udfordringer som doping, kontaktmodstand og dielektrikum/indkapsling kan formindskes ved integration af 2DM'er med Si-teknologi. 2DM'er kunne også radikalt forbedre hukommelses- og datalagringsenheder med nye koblingsmekanismer til meta; -isolator-metalstrukturer, undgå snigstrømme i hukommelsesarrays, eller endda skubbe ydeevnegevinster af kobberledningsbaserede kredsløb ved at klæbe grafen til de ultratynde kobberbarrierematerialer og dermed reducere modstanden, spredning og selvopvarmning.

Gennemgangen giver indsigt til alle interessenter om udfordringerne og virkningen af ​​at løse 2-D-materialintegrationen med CMOS-teknologi. Det giver en køreplan for 2D-integration og CMOS-teknologi, at udpege det stadie, hvor alle udfordringer vedrørende vækst, overførsel, grænseflade, doping, kontakte, og design står i dag, og hvilke mulige processer forventes at blive løst for at nå sådanne mål om at flytte fra et forskningslaboratoriemiljø til en pilotlinje til produktion af de første enheder, der kombinerer begge teknologier.

Den første 2-D materiale-CMOS køreplan, som præsenteret i denne anmeldelse, giver et spændende indblik i fremtiden, med den første pilotproduktion, der forventes kun om få år.