Tajvanski gigant ostvaruje proboj u industriji čipova manjih od nanometra

Trka za bržim procesorima ušla je u subnanometarsku eru. Kompanija TSMC i Nacionalni univerzitet Yang Ming Chiao Tung (NYCU) iz Tajpeja ostvarili su naučni proboj. Uspjeli su da riješe problem kontrole struje na skali ispod jednog nanometra. Umjesto nanošenja novih izolatora, inženjeri su primijenili inovativno površinsko projektovanje.

Ključni uvid leži u promjeni same paradigme projektovanja. Tradicionalni silicijumski 3D tranzistori poput FinFET i GaaFET arhitektura gube efikasnost kada kanal postane kraći od 3 nanometra. Elektroni tada nekontrolisano cure kroz strujno kolo, a rješenje nije u dodavanju debljih izolatorskih slojeva.

Naučnici su zato stvorili ultratanki puferski sloj od 0,42 nanometra nanošenjem epitaxial aluminum materijala na MoS₂ površinu. Ovaj sloj naknadno oksidira i omogućava stabilan rad.

Fizička ograničenja silicijuma i 3D tranzistora

Današnji čipovi koriste FinFET ili GaaFET strukture za upravljanje strujom, trodimenzionalne strukture sa uspravnim kanalom oko kojeg se nalazi gate. Takav pristup povećava dodirnu površinu između dijelova tranzistora, a proizvođači poput kompanije TSMC smanjili su debljinu kanala na 5 nanometara. Smanjena je i dužina samog kanala radi veće gustine.

Ipak, na razmjerama od 3 do 5 nanometara gate gubi kontrolu. Elektroni u prolazu dolaze u direktan dodir sa gate komponentom, što drastično povećava električni otpor i onemogućava stabilan rad čipa.

Rješenje ovih prepreka leži u 2D monolayer tranzistorima, debljine samo jednog molekularnog sloja. To omogućava bolju kontrolu struje uz smanjeni otpor. Inženjeri ciljaju debljinu kanala od 0,7 nanometara i dužinu manju od 3 nanometra.

Upotreba 2D materijala ipak nosi sopstvene izazove u proizvodnji. Materijal MoS₂ prirodno ima debljinu od 0,7 nanometara, a tradicionalne metode nanošenja gate sloja stvarale su neravnomjeran dielectric layer na MoS₂ kanalu.

Inženjerski proboj TSMC i NYCU timova

Istraživački timovi primijenili su potpuno novu strategiju na površini materijala. Odbačen je rad na standardnim tehnikama taloženja materijala. Odabrano je nanošenje ultratankog sloja koji čini epitaxial aluminum.

Naučnici i istraživači pustili su ovaj sloj da oksidira do debljine od 0,42 nanometra. Preko stvorenog puferskog sloja dodat je high-κ hafnium oxide kao gate dielectric material, čime je omogućena stabilna kontrola struje u MoS₂ tranzistoru, a nivo otpora ostao je nizak kao kod višestruko debljih slojeva.

Ovaj proboj rješava jednu od najvećih prepreka u nastavku važenja Murovog zakona. Silicijum postepeno dostiže svoje apsolutne fizičke granice, pa prelazak na 2D materijale poput MoS₂ predstavlja neophodan korak za industriju poluprovodnika.

Tehnologija tima sa Tajvana pokazuje da je proizvodnja sub-1-nanometer čipova ipak izvodljiva. Međutim, put od laboratorijskog proboja do masovne proizvodnje biće dug, jer proizvođači moraju prilagoditi postojeće pogone za rad sa 2D materijalima, poručuje WCCFtech.

Pratite nas na našoj Facebook i Instagram stranici i X nalogu.