Ein neuer Übersichtsartikel des „Shuang-Qing Forums“ stellt einen bedeutenden Fortschritt für die Halbleiterindustrie dar und bietet einen umfassenden Überblick über die Fortschritte und den strategischen Fahrplan für zweidimensionale (2D) Materialien.
Diese gemeinsame Anstrengung führender chinesischer Wissenschaftler skizziert den Übergang 2D-Materialien von der Grundlagenforschung zur industriellen Entwicklung und unterstreicht die entscheidende Rolle spezieller Werkzeuge, künstlicher Intelligenz und der Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie, um diese technologische Revolution voranzutreiben.
Die Forschung ist veröffentlicht im Journal Wissenschaft China Informationswissenschaften.
Eine neue Ära der Halbleiter-Miniaturisierung
In den letzten 70 Jahren war die Halbleiterindustrie durch kontinuierliche Miniaturisierung und Leistungsverbesserungen eine treibende Kraft hinter dem technologischen Fortschritt.
Die Beschäftigung mit dem Mooreschen Gesetz hat zur Erforschung neuartiger Materialien und Geometrien geführt, unter denen sich 2D-Materialien wie Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs) als potenzielle Kandidaten für die nächste Generation von Transistoren auf der Basis atomar dünner Kanäle hervortun.
Strategische Roadmap für 2D-Materialien
Der Übersichtsartikel betont die Notwendigkeit spezieller Technologien und Werkzeuge, um die Industriestandards für 2D-Materialien zu erfüllen. Er unterstreicht die Bedeutung von Materialwachstum, Charakterisierung und Schaltungsdesign und bereitet damit den Boden für eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie, um das nächste Jahrzehnt der 2D-Materialforschung voranzutreiben. Die wichtigsten Teile der Roadmap sind:
Materialien, präzise Skalierung: Die Zukunft von 2D-Halbleitermaterialien hängt von einer präzisen Skalierung der Produktion ab. Die Branche hat mit 2-Zoll-N-Typ-Einkristall-Wafer große Fortschritte gemacht, aber die Herausforderung der Materialfehler bleibt bestehen. Die Entwicklung größerer Einkristalle mit präziser Fehlerkontrolle und die Züchtung von P/N-Typ-Materialien, die der Leistung von Silizium entsprechen, sind die Hauptrichtungen für zukünftige Fortschritte.
Charakterisierung, die unverzichtbare Rolle der KI: Ausgefeilte Charakterisierungstechniken haben eine subatomare Auflösung erreicht und erfüllen damit die Anforderungen von 2D-Materialien. Die Integration von KI-Tools ist für standardisierte und verfeinerte Bewertungskriterien von entscheidender Bedeutung und gewährleistet Genauigkeit und Effizienz bei der Analyse experimenteller Metadaten.
Elektronische Geräte, Synergie von BEOL und FEOL: 2D-Halbleitergeräte erreichen Leistungskennzahlen, die denen von Geräten auf Siliziumbasis ebenbürtig sind. Zukünftige Fortschritte werden sich auf grundlegende Technologien wie HKMG-Integration und steuerbare Dotierung konzentrieren, wobei der Schwerpunkt auf der Optimierung von Leistung, Stromverbrauch und Fläche liegt.
Wärmemanagement und Verbindungen, Überwindung von RC-Verzögerungen: Effektives Wärmemanagement und die Reduzierung von RC-Verzögerungen sind bei Halbleiterbauelementen von entscheidender Bedeutung. Die Verwendung von Materialien mit niedrigerer Dielektrizitätskonstante und die Integration von 2D-Materialien wie hexagonalem Bornitrid (h-BN) und Graphen sollen Leistung und Zuverlässigkeit verbessern.
Integrierte Schaltkreise, die 3D-Integration nutzen: Die Zukunft integrierter Schaltkreise (ICs) auf der Basis von 2D-Halbleitern geht in Richtung 3D-Integration. Dieser Übergang wird die Vorteile von 2D-Halbleitern für monolithische heterogene 3D-Integration nutzen und so die Energieeffizienz und Funktionalität auf Chipebene verbessern.
Optoelektronische Integration, der Weg zu Hochdurchsatztechnologien: Die optoelektronische Integration wird sich zu einer zentralen Richtung in Hochdurchsatz-Informationstechnologien entwickeln. Die Synthese großformatiger, hochwertiger Einkristalle und die Weiterentwicklung multifunktionaler integrierter Geräte sind der Schlüssel zu dieser zukünftigen Entwicklung.
Mehr Informationen:
Hao Qiu et al, Zweidimensionale Materialien für zukünftige Informationstechnologie: Status und Perspektiven, Wissenschaft China Informationswissenschaften (2024). DOI: 10.1007/s11432-024-4033-8
Zur Verfügung gestellt von Science China Press
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