Nachricht

Jan 06, 2024

Ingenieure „züchten“ atomar dünne Transistoren auf Computerchips

Elektronik und Sensoren INSIDER Neue KI-Anwendungen, wie Chatbots

Elektronik & Sensoren INSIDER

Neue KI-Anwendungen wie Chatbots, die natürliche menschliche Sprache generieren, erfordern dichtere, leistungsfähigere Computerchips. Aber Halbleiterchips werden traditionell aus Massenmaterialien hergestellt, bei denen es sich um kastenförmige 3D-Strukturen handelt, sodass es sehr schwierig ist, mehrere Schichten von Transistoren zu stapeln, um dichtere Integrationen zu schaffen.

Allerdings könnten Halbleitertransistoren aus ultradünnen 2D-Materialien, die jeweils nur etwa drei Atome dick sind, zu leistungsstärkeren Chips gestapelt werden. Zu diesem Zweck haben MIT-Forscher eine neuartige Technologie demonstriert, mit der Schichten aus 2D-Übergangsmetalldichalkogenid-Materialien (TMD) direkt auf einem vollständig hergestellten Siliziumchip effektiv und effizient „wachsen“ können, um dichtere Integrationen zu ermöglichen.

Das direkte Aufwachsen von 2D-Materialien auf einem Silizium-CMOS-Wafer stellt eine große Herausforderung dar, da der Prozess normalerweise Temperaturen von etwa 600 °C erfordert, während Siliziumtransistoren und -schaltkreise bei Erwärmung über 400 °C kaputt gehen könnten. Die Forscher haben nun ein Wachstumsverfahren bei niedriger Temperatur entwickelt, das den Chip nicht beschädigt. Die Technologie ermöglicht die direkte Integration von 2D-Halbleitertransistoren auf Standard-Siliziumschaltungen.

In der Vergangenheit haben Forscher 2D-Materialien anderswo gezüchtet und sie dann auf einen Chip oder einen Wafer übertragen. Dies führt häufig zu Unvollkommenheiten, die die Leistung der Endgeräte und Schaltkreise beeinträchtigen. Außerdem wird die reibungslose Übertragung des Materials im Wafermaßstab äußerst schwierig. Im Gegensatz dazu lässt dieser neue Prozess eine glatte, äußerst gleichmäßige Schicht über einen gesamten 8-Zoll-Wafer wachsen.

Die neue Technologie ist auch in der Lage, die Zeit, die für das Wachstum dieser Materialien benötigt wird, deutlich zu verkürzen. Während frühere Ansätze mehr als einen Tag benötigten, um eine einzelne Schicht aus 2D-Materialien wachsen zu lassen, kann der neue Ansatz eine gleichmäßige Schicht aus TMD-Material in weniger als einer Stunde über ganze 8-Zoll-Wafer wachsen lassen.

Aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit und hohen Gleichmäßigkeit ermöglichte die neue Technologie den Forschern, eine 2D-Materialschicht erfolgreich auf viel größeren Oberflächen zu integrieren, als bisher gezeigt wurde. Dadurch eignet sich ihre Methode gut für den Einsatz in kommerziellen Anwendungen, bei denen Wafer mit einer Größe von 8 Zoll oder mehr entscheidend sind.

„Die Verwendung von 2D-Materialien ist eine leistungsstarke Möglichkeit, die Dichte eines integrierten Schaltkreises zu erhöhen. Was wir tun, ist wie der Bau eines mehrstöckigen Gebäudes. Wenn Sie nur ein Stockwerk haben, was der herkömmliche Fall ist, können nicht viele Menschen darin Platz finden. Aber „Mit mehr Stockwerken wird das Gebäude mehr Menschen fassen. Dank der heterogenen Integration, an der wir arbeiten, haben wir Silizium als erstes Stockwerk und können dann viele Stockwerke aus 2D-Materialien direkt darüber integrieren“, sagte Jiadi Zhu, ein Elektriker Doktorand der Ingenieurwissenschaften und Informatik und Co-Hauptautor einer Arbeit über diese neue Technik.

Quelle