従来のシリコンチップ製造プロセスが限界に近づくにつれ、科学者たちはムーアの法則の開発傾向を継続するために新しい材料を積極的に探しています。
その中でも、遷移金属二カルコゲニド（TMD）は、非常に期待されている候補材料となっています。
米国エネルギー省（DOE）プリンストンプラズマ物理研究所（PPPL）の研究チームが最近発表した研究では、TMDの原子構造と内部欠陥が電気特性に与える影響を詳細に調査し、新世代の高性能チップ開発の基礎を築いた。
カタログ
シリコンウェーハからTMDまで: 半導体技術の進化
従来のシリコン チップは半世紀以上にわたってコンピューティング テクノロジーを支えてきました。しかし、現在の市販チップの最小加工サイズは 3 ナノメートルまで縮小され、物理的な限界に近づいています。より強力なコンピューティングに対する需要が高まり続ける中、科学者たちは既存の技術の限界を打ち破ることを期待して二次元材料に注目し始めています。
2 次元材料である TMD は、わずか数層の原子で構成されており、厚さは原子 3 個分にもなります。 (小さな金属サンドイッチと考えてください。)
TMD は、従来のシリコン材料とは異なる物理的、化学的、電子的特性を示します。最もよく知られている二次元材料であるグラフェンと比較すると、TMD は遷移金属 (モリブデン Mo、タングステン W、周期表の第 3 族から第 12 族までのその他の金属など) とカルコゲン元素 (硫黄 S、セレン Se、テルル Te など) で構成されています。特殊な層構造により優れた電子的・光学的特性が得られ、半導体分野で注目されている研究対象となっています。
研究結果: TMDの内部欠陥と電気的特性
MD の結晶構造は完全ではなく、その欠陥によって電子特性が影響を受けたり、さらには電子特性が強化されることもあります。たとえば、原子格子から原子が欠落したり、予期しない場所に余分な原子が現れたりすることがあります。これらの欠陥は材料の導電性に影響を与える可能性がありますが、特定の特定の欠陥は実際に TMD の半導体特性を向上させることができます。
PPPLの物理学者、ショアイブ・ハリド氏のチームの研究により、バルクTMDの内部には余分な電子が存在することが多く、これらの電子は水素によって発生する可能性があることが判明した。
研究チームは、さまざまな欠陥タイプの形成エネルギーを計算して、どの欠陥が最も発生する可能性が高いかを判断し、これらの欠陥が材料の電荷輸送特性にどのように影響するかを分析しました。
結果は、水素関連の欠陥により TMD が n 型 (負に帯電) 半導体特性を示す可能性がある一方で、カルコゲニド空孔により材料の光学的および電子的特性が変化する可能性があることを示しています。
将来のチップ製造におけるTMDの応用
研究者らは、物質から放出される光の周波数を測定して原子構造の変化を推測するフォトルミネセンスと呼ばれる技術を使用して、TMD内の欠陥を分析できる可能性があると示唆している。
この研究は、特に次世代コンピュータ チップの開発における将来の TMD アプリケーションに実験的なガイダンスを提供し、エンジニアがアプリケーションの要件を満たす TMD 半導体を設計するのに役立ちます。
技術が進歩するにつれ、TMD チップは早ければ 2030 年にも電子機器に実際に使用され、シリコン チップの強力な代替品となるだろうと専門家は予測しています。材料構造と欠陥の影響を深く研究することで、科学者は TMD の性能をさらに最適化し、半導体技術を進歩させることができるようになります。
参考文献
- Beyond Silicon: How Atom-Thin Materials Are Revolutionizing Chips
- シリコンをTMD材料に置き換え、より小型で高効率な次世代半導体ナップを進化させる
- 「バルク遷移金属ジカルコゲニドの光学的および電気的特性におけるカルコゲニド空孔と水素の役割」、著者：Shoaib Khalid、Anderson Janotti 和 Bharat Medasani，2024 年 5 月 24 日，2D 材料。 DOI: 10.1088/2053-1583/ad4720
(最初の写真の出典: プリンストン プラズマ物理研究所)
研磨の方に、加工ニーズにより カスタマイズが最大効率に調整されるのは可能です。
どんな質問に答えるために、ぜひ私達に連絡する。
オーダーメイドのお見積もりについては、お気軽にお問い合わせください。
カスタマーサービス営業時間：月～金 09:00～18:00（台湾時間）
電話番号: +8867 223 1058
知りたいテーマや、はっきりしない電話があれば、Facebookにプライベートメッセージを送ってもいいですよ
ホンウェイ Facebook: https://www.facebook.com/honwaygroup
以下もご興味があるかもしれません…
