科學家成功研發(fā)超薄二維材料晶體管

根據(jù)摩爾定律集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個月便會增加一倍。這也意味著，半導體材料的改善對芯片性能的提升至關重要。

據(jù)外媒報道，美國賓夕法尼亞州立大學的科學家發(fā)表在《自然-通訊》的一項新研究顯示，他們成功研制出了一種超薄二維材料晶體管，這將大大提升未來芯片的性能。

賓夕法尼亞州立大學工程學院工程科學與力學的助理教授薩普塔什·達斯（Saptarshi Das）表示，我們現(xiàn)在生活在一個由數(shù)據(jù)驅動的互聯(lián)網(wǎng)世界，隨之而來的是大數(shù)據(jù)對存儲和處理能力的挑戰(zhàn)。

而晶體管作為集成電路領域重要組成部分，想要存儲和處理更多的數(shù)據(jù)，就需要使用更多的晶體管。但隨著晶體管特征尺寸的縮小，想要進一步提升芯片性能，就需要更小更薄的半導體材料。

當前使用的三維硅材料已經(jīng)用于制作晶體管有60年左右的歷史，其尺寸幾乎已經(jīng)達到了極致。特別是5nm制程工藝后，傳統(tǒng)晶體管微縮提升性能難以為繼，這也使得硅在晶體管中的應用越來越具有挑戰(zhàn)性。

因此，眾多科學家都在新技術、新工藝、新材料等方面一直進行積極探索，發(fā)現(xiàn)二維材料有著先天的優(yōu)勢。因為這些二維材料的產(chǎn)生厚度能夠比目前實際應用的三維硅材料薄10倍。

研究中，科學家通過使用金屬有機化學氣相沉積技術生長了單層二硫化鉬和二硫化鎢，該技術來自賓夕法尼亞州立大學的二維晶體聯(lián)盟NSF材料創(chuàng)新平臺（2DCC-MIP）。

此外，為驗證新型二維晶體管的性能，科學家分析了與閾值電壓、亞閾值斜率、最大與最小電流之比、場效應載流子遷移率、接觸電阻、驅動電流和載流子飽和速度相關的統(tǒng)計指標。

達斯教授指出，經(jīng)過一系列的測試證實了新晶體管的可行性，這意味著新型晶體管不僅能夠讓下一代芯片更快、更節(jié)能，還能夠承受更多存儲和數(shù)據(jù)處理性能。

據(jù)了解，臺積電5nm制程工藝已經(jīng)量產(chǎn)，而3nm制程工藝將于今年進行試產(chǎn)，2022年量產(chǎn)。此外，有消息稱臺積電已經(jīng)成功開發(fā)了2nm制程工藝，將在2023年上半年進行風險生產(chǎn)，并將在2024年開始批量生產(chǎn)。

如果超薄二維材料晶體管進入應用階段，那么1nm制程工藝想比也將很快實現(xiàn)。
責編AJX