芯片的关键问题,首次被突破
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随着人工智能(AI)领域的不断发展,对下一代高性能半导体的迫切且日益增长的需求正在迅速增长。为了满足这一需求,材料的开拓性进步和创新的半导体结构已变得至关重要。
研究人员首次利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术开发出4英寸异质结构制造技术。这项创新技术可以制造出低功耗、高性能的半导体,突破了传统硅基解决方案的极限。
该研究团队由韩国机械材料研究院(KIMM)半导体制造研究中心高级研究员Hyeong-UKim领导,与成均馆大学机械工程系教授TaesungKim的团队合作,创造了历史。该团队在世界上首次使用等离子技术成功制造出4英寸异质结构半导体。该技术有望利用TMDc等下一代半导体材料应用于AI半导体。
该研究所称:”过渡金属二硫化物是下一代半导体的候选材料,其原子级二维结构可提供类似硅的性能、低功耗操作和快速切换速度。”它们”特别适合神经形态系统,并用于机器学习、深度学习和认知计算。”
这种二硫属化物包括二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)和硒化钼(MoSe2)。
生长了两种异质结构:
WS2和石墨烯,通过将1nm的钨沉积到石墨烯转移芯片上,然后进行H2S等离子体硫化而制成。
斜方晶系1T相(金属)二硫化钼(MoS2)位于六方晶系2H相MoS2上,反之亦然。
具体而言,研究团队利用PECVD设备取得了这一进展,创造了两种创新的4英寸晶圆级异质结构。第一种是结合WS₂和石墨烯的尖端异质结构。这是通过在石墨烯转移晶圆上沉积仅1纳米的钨(W)金属层,然后进行精确的H₂S等离子硫化工艺实现的。
此外,该团队通过将两种不同相的二硫化钼(MoS₂)集成为薄膜,在开发金属半导体异质结构方面取得了重大突破。与稳定的六方2H相相比,1T相呈现亚稳态正交结构,对大面积晶圆生产提出了挑战。
然而,该团队成功生产出1T阶段的4英寸晶圆,为实现1T-2H异质结构铺平了道路。传统的创建异质结构的方法(如堆叠)仅限于小尺寸(仅几微米),并且经常存在可重复性问题。
研究团队利用PECVD制作出4英寸晶圆级异质结构,解决了这些问题。这项创新为创建3D集成结构铺平了道路,大大减少了功率损耗和散热,从而提高了性能和能源效率——这是低功耗、高性能AI半导体的关键要素。
KIMM高级研究员Hyeong-UKim表示:”这项新开发的技术不仅满足了晶圆尺寸和可重复性的要求,而且还允许进行以前仅限于学术研究的实验验证。””使用半导体行业广泛使用的工具PECVD,这项技术具有很大的批量生产潜力,可能有助于提高AI半导体的性能和商业化。”
KIMM通过在美国和韩国注册专利,获得了两种4英寸异质结构晶圆制造的专有技术。
https://www.techexplorist.com/worlds-first-large-area-semiconductor-fabrication-with-tmdc/92015/
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