美國科學(xué)家研制出超薄二維材料晶體管 大大提升未來芯片的性能

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(dǎo)體材料的改善對芯片性能的提升至關(guān)重要。

據(jù)外媒報道，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的科學(xué)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(xué)工程學(xué)院工程科學(xué)與力學(xué)的助理教授薩普塔什·達(dá)斯（Saptarshi Das）表示，我們現(xiàn)在生活在一個由數(shù)據(jù)驅(qū)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(lǐng)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(jìn)一步提升芯片性能，就需要更小更薄的半導(dǎo)體材料。

當(dāng)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(dá)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(yīng)用越來越具有挑戰(zhàn)性。

因此，眾多科學(xué)家都在新技術(shù)、新工藝、新材料等方面一直進(jìn)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(yīng)用的三維硅材料薄10倍。

研究中，科學(xué)家通過使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)生長了單層二硫化鉬和二硫化鎢，該技術(shù)來自賓夕法尼亞州立大學(xué)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(xué)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(yīng)載流子遷移率、接觸電阻、驅(qū)動電流和載流子飽和速度相關(guān)的統(tǒng)計指標(biāo)。

達(dá)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(jìn)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(jìn)行風(fēng)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(jìn)入應(yīng)用階段，那么1nm制程工藝想比也將很快實現(xiàn)。

責(zé)任編輯：PSY