Революция в материалах для полупроводниковых чипов следующего поколения: дихалькогениды переходных металлов

Поскольку традиционные процессы производства кремниевых чипов приближаются к пределу своих возможностей, ученые активно ищут новые материалы, чтобы продолжить тенденцию развития закона Мура.

Среди них дихалькогениды переходных металлов стали долгожданными кандидатами на роль материалов.

В недавнем исследовании, опубликованном исследовательской группой Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США (DOE), подробно изучено влияние атомной структуры и внутренних дефектов TMD на его электрические свойства, что закладывает основу для разработки нового поколения высокопроизводительных чипов.

От кремниевых пластин до TMD: эволюция полупроводниковых технологий

Традиционные кремниевые чипы поддерживают вычислительные технологии уже более полувека. Однако минимальный размер элемента современных коммерческих чипов был уменьшен до 3 нанометров, приближаясь к физическому пределу. Поскольку спрос на более мощные вычислительные машины продолжает расти, ученые обращаются к двумерным материалам в надежде преодолеть ограничения существующих технологий.

Будучи двумерным материалом, TMD состоит всего из нескольких слоев атомов и может быть толщиной всего в три атома. (Представьте себе крошечный металлический сэндвич.)

TMD демонстрируют физические, химические и электронные свойства, которые отличаются от свойств традиционных кремниевых материалов. По сравнению с наиболее известным двумерным материалом графеном, TMD состоит из переходных металлов (таких как молибден Mo, вольфрам W и другие металлы с 3 по 12 группу периодической таблицы) и халькогенных элементов (таких как сера S, селен Se, теллур Te). Его особая слоистая структура придает ему превосходные электронные и оптические свойства, что делает его востребованным объектом исследований в области полупроводников.

Результаты исследований: внутренние дефекты и электрические свойства TMD

Кристаллическая структура MD не идеальна, и дефекты в ней могут повлиять на ее электронные свойства или даже улучшить их. Например, в атомной решетке может отсутствовать атом или в неожиданных местах могут появиться дополнительные атомы. Хотя эти дефекты могут влиять на проводимость материала, некоторые специфические дефекты могут фактически улучшить полупроводниковые свойства TMD.

Исследования, проведенные группой физика Шоаиба Халида из PPPL, показали, что внутри объемных TMD часто присутствуют дополнительные электроны, и эти электроны могут быть вызваны водородом.

Исследовательская группа рассчитала энергии образования различных типов дефектов, чтобы определить, какие дефекты наиболее вероятны, и проанализировала, как эти дефекты влияют на свойства материала по переносу заряда.

Результаты показывают, что дефекты, связанные с водородом, могут приводить к тому, что TMD проявляют свойства полупроводника n-типа (отрицательно заряженные), в то время как вакансии халькогенидов могут изменять оптические и электронные свойства материала.

Применение TMD в будущем производстве микросхем

Исследователи предполагают, что дефекты в TMD можно анализировать с помощью метода фотолюминесценции, который измеряет частоту света, излучаемого материалом, чтобы сделать вывод об изменениях в атомной структуре.

Это исследование дает экспериментальное руководство для будущих применений TMD, особенно при разработке компьютерных чипов следующего поколения, помогая инженерам проектировать полупроводники TMD, отвечающие требованиям приложений.

Эксперты прогнозируют, что по мере развития технологий чипы TMD могут быть фактически использованы в электронных устройствах уже к 2030 году, став мощной альтернативой кремниевым чипам. Глубоко изучая структуру материала и влияние дефектов, ученые смогут еще больше оптимизировать характеристики TMD и усовершенствовать полупроводниковые технологии.

Список литературы

• Beyond Silicon: How Atom-Thin Materials Are Revolutionizing Chips
• Замена кремния на материалы TMD для разработки следующего поколения более компактных и эффективных полупроводниковых чипов
• «Роль халькогенидных вакансий и водорода в оптических и электрических свойствах объемных дихалькогенидов переходных металлов» Шоаиб Халид, Андерсон Джанотти и Бхарат Медасани, 24 мая 2024 г., 2D Materials. DOI: 10.1088/2053-1583/ad4720

(Источник первой фотографии: Принстонская лаборатория физики плазмы)

Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.

Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.

Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.

Тел: 07 223 1058

Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~

Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup

Вас также может заинтересовать…