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芯片的关键问题,首次被突破
2024年11月09日 09:39   浏览:112   来源:小萍子

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来源:内容编译自techexplorist,谢谢。


随着人工智能(AI)领域的不断发展,对下一代高性能半导体的迫切且日益增长的需求正在迅速增长。为了满足这一需求,材料的开拓性进步和创新的半导体结构已变得至关重要。


研究人员首次利用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 技术开发出 4 英寸异质结构制造技术。这项创新技术可以制造出低功耗、高性能的半导体,突破了传统硅基解决方案的极限。


该研究团队由韩国机械材料研究院(KIMM)半导体制造研究中心高级研究员 Hyeong-U Kim 领导,与成均馆大学机械工程系教授 Taesung Kim 的团队合作,创造了历史。该团队在世界上首次使用等离子技术成功制造出 4 英寸异质结构半导体。该技术有望利用 TMDc 等下一代半导体材料应用于 AI 半导体。


该研究所称:“过渡金属二硫化物是下一代半导体的候选材料,其原子级二维结构可提供类似硅的性能、低功耗操作和快速切换速度。”它们“特别适合神经形态系统,并用于机器学习、深度学习和认知计算。”


这种二硫属化物包括二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)和硒化钼(MoSe2)。


生长了两种异质结构:


WS2和石墨烯,通过将 1nm 的钨沉积到石墨烯转移晶片上,然后进行 H2S 等离子体硫化而制成。


斜方晶系1T相(金属)二硫化钼(MoS2 )位于六方晶系2H相MoS2上,反之亦然。


具体而言,研究团队利用 PECVD 设备取得了这一进展,创造了两种创新的 4 英寸晶圆级异质结构。第一种是结合 WS₂ 和石墨烯的尖端异质结构。这是通过在石墨烯转移晶圆上沉积仅 1 纳米的钨 (W) 金属层,然后进行精确的 H₂S 等离子硫化工艺实现的。


此外,该团队通过将两种不同相的二硫化钼 (MoS₂) 集成为薄膜,在开发金属半导体异质结构方面取得了重大突破。与稳定的六方 2H 相相比,1T 相呈现亚稳态正交结构,对大面积晶圆生产提出了挑战。


然而,该团队成功生产出 1T 阶段的 4 英寸晶圆,为实现 1T-2H 异质结构铺平了道路。传统的创建异质结构的方法(如堆叠)仅限于小尺寸(仅几微米),并且经常存在可重复性问题。


研究团队利用 PECVD 制作出 4 英寸晶圆级异质结构,解决了这些问题。这项创新为创建 3D 集成结构铺平了道路,大大减少了功率损耗和散热,从而提高了性能和能源效率——这是低功耗、高性能 AI 半导体的关键要素。


KIMM 高级研究员 Hyeong-U Kim 表示:“这项新开发的技术不仅满足了晶圆尺寸和可重复性的要求,而且还允许进行以前仅限于学术研究的实验验证。” “使用半导体行业广泛使用的工具 PECVD,这项技术具有很大的批量生产潜力,可能有助于提高 AI 半导体的性能和商业化。”


KIMM通过在美国和韩国注册专利,获得了两种4英寸异质结构晶圆制造的专有技术。


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