Тајвански гигант остварује пробој у индустрији чипова мањих од нанометра

Трка за бржим процесорима ушла је у субнанометарску еру. Компанија TSMC и Национални универзитет Yang Ming Chiao Tung (NYCU) из Тајпеја остварили су научни пробој. Успјели су да ријеше проблем контроле струје на скали испод једног нанометра. Умјесто наношења нових изолатора, инжењери су примијенили иновативно површинско пројектовање.

Кључни увид лежи у промјени саме парадигме пројектовања. Традиционални силицијумски 3D транзистори попут FinFET и GaaFET архитектура губе ефикасност када канал постане краћи од 3 нанометра. Електрони тада неконтролисано цуре кроз струјно коло, а рјешење није у додавању дебљих изолаторских слојева.

Научници су зато створили ултратанки пуферски слој од 0,42 нанометра наношењем epitaxial aluminum материјала на MoS₂ површину. Овај слој накнадно оксидира и омогућава стабилан рад.

Физичка ограничења силицијума и 3D транзистора

Данашњи чипови користе FinFET или GaaFET структуре за управљање струјом, тродимензионалне структуре са усправним каналом око којег се налази gate. Такав приступ повећава додирну површину између дијелова транзистора, а произвођачи попут компаније TSMC смањили су дебљину канала на 5 нанометара. Смањена је и дужина самог канала ради веће густине.

Ипак, на размјерама од 3 до 5 нанометара gate губи контролу. Електрони у пролазу долазе у директан додир са gate компонентом, што драстично повећава електрични отпор и онемогућава стабилан рад чипа.

Рјешење ових препрека лежи у 2D monolayer транзисторима, дебљине само једног молекуларног слоја. То омогућава бољу контролу струје уз смањени отпор. Инжењери циљају дебљину канала од 0,7 нанометара и дужину мању од 3 нанометра.

Употреба 2D материјала ипак носи сопствене изазове у производњи. Материјал MoS₂ природно има дебљину од 0,7 нанометара, а традиционалне методе наношења gate слоја стварале су неравномјеран dielectric layer на MoS₂ каналу.

Инжењерски пробој TSMC и NYCU тимова

Истраживачки тимови примијенили су потпуно нову стратегију на површини материјала. Одбачен је рад на стандардним техникама таложења материјала. Одабрано је наношење ултратанког слоја који чини epitaxial aluminum.

Научници и истраживачи пустили су овај слој да оксидира до дебљине од 0,42 нанометра. Преко створеног пуферског слоја додат је high-κ hafnium oxide као gate dielectric material, чиме је омогућена стабилна контрола струје у MoS₂ транзистору, а ниво отпора остао је низак као код вишеструко дебљих слојева.

Овај пробој рјешава једну од највећих препрека у наставку важења Муровог закона. Силицијум постепено достиже своје апсолутне физичке границе, па прелазак на 2D материјале попут MoS₂ представља неопходан корак за индустрију полупроводника.

Технологија тима са Тајвана показује да је производња sub-1-nanometer чипова ипак изводљива. Међутим, пут од лабораторијског пробоја до масовне производње биће дуг, јер произвођачи морају прилагодити постојеће погоне за рад са 2D материјалима, поручује WCCFtech.

Пратите нас на нашој Фејсбук и Инстаграм страници и X налогу.