Pínulítill samsettur hálfleiðara smári gæti ögrað yfirburði kísils | Emerald Insight

Pínulítill samsettur hálfleiðara smári gæti ögrað yfirburði kísils

Tegund greinar: Industry news From: Microelectronics International, Volume 30, Issue 2

Vísindamenn MIT þróa minnsta indíum gallíumarseníð smára sem smíðaður hefur verið

Kóróna kísilsins er í hættu: Dagar hálfleiðaranna sem konungs örflaga fyrir tölvur og snjalltæki gætu verið taldir, þökk sé þróun minnsta smára sem smíðaður hefur verið úr samkeppnisefni, indíum gallíumarseníði.

Samsetti smárinn, smíðaður af teymi í Microsystems Technology Laboratories MIT, virkar vel þrátt fyrir að vera aðeins 22 nm (milljarðustu úr metra) að lengd. Þetta gerir það að efnilegum frambjóðanda að skipta á endanum út kísil í tölvutækjum, segir meðframleiðandinn Jesús del Alamo, Donner prófessor í raunvísindum í rafmagnsverkfræði- og tölvunarfræðideild MIT (EECS), sem smíðaði smára með EECS framhaldsnema Jianqian Lin. og Dimitri Antoniadis, Ray og Maria Stata prófessor í rafmagnsverkfræði.

Til að halda í við eftirspurn okkar eftir sífellt hraðari og snjallari tölvutækjum minnkar stærð smára stöðugt, sem gerir kleift að kreista vaxandi fjölda þeirra á örflögur. "Því fleiri smára sem þú getur pakkað á flís, því öflugri verður flísinn og því fleiri aðgerðir mun flísinn framkvæma," segir del Alamo.

En þar sem sílikon smári minnkar niður á nanómetra mælikvarða minnkar straummagnið sem tækin geta framleitt líka, sem takmarkar notkunarhraða þeirra. Þetta hefur leitt til ótta um að lögmál Moore - spá Gordon Moore, stofnanda Intel, um að fjöldi smára á örflögum muni tvöfaldast á tveggja ára fresti - gæti verið að líða undir lok, segir del Alamo.

Til að halda lögmáli Moore á lífi hafa vísindamenn um nokkurt skeið verið að rannsaka aðra kosti en sílikon, sem gæti hugsanlega framkallað stærri straum, jafnvel þegar unnið er á þessum smærri skala. Eitt slíkt efni er efnasambandið indíum gallíumarseníð, sem þegar er notað í ljósleiðarasamskiptum og ratsjártækni, og vitað er að það hefur einstaklega góða rafmagnseiginleika, segir del Alamo. En þrátt fyrir nýlegar framfarir við að meðhöndla efnið til að gera það kleift að mynda smári á svipaðan hátt og kísill, hefur engum enn tekist að framleiða tæki sem eru nógu lítil til að hægt sé að pakka þeim í sífellt meira magn í örflögur morgundagsins.

Nú hafa del Alamo, Antoniadis og Lin sýnt að það er hægt að smíða nanómetra-stærð málm-oxíð hálfleiðara sviði-áhrif smári (MOSFET) - sú tegund sem oftast er notuð í rökfræði forritum eins og örgjörva - með því að nota efnið. „Við höfum sýnt fram á að þú getur búið til mjög litla indium gallíum arseníð MOSFET með framúrskarandi rökfræðilegum eiginleikum, sem lofar að taka lögmál Moore út fyrir kísil,“ segir del Alamo.

Smári samanstendur af þremur rafskautum: hliðinu, uppsprettu og niðurfalli, þar sem hliðið stjórnar rafeindaflæði milli hinna tveggja. Þar sem plássið í þessum örsmáu smára er svo þröngt verður að setja rafskautin þrjú í mjög nálægð við hvert annað, nákvæmni sem væri ómögulegt fyrir jafnvel háþróuð verkfæri að ná. Þess í stað leyfir teymið hliðinu að „jafna sig“ sjálft á milli hinna tveggja rafskautanna.

Rannsakendur rækta fyrst þunnt lag af efninu með því að nota sameindageislaepitaxy, ferli sem er mikið notað í hálfleiðaraiðnaðinum þar sem uppgufuð atóm af indíum, gallíum og arseni hvarfast við hvert annað í lofttæmi til að mynda einkristalla efnasamband. Liðið setur síðan lag af mólýbdeni sem uppspretta og frárennsli snertimálmi. Þeir „teikna“ síðan ákaflega fínt mynstur á þetta undirlag með því að nota einbeittan geisla rafeinda – önnur rótgróin framleiðslutækni sem kallast rafeindageislasteingrafík.

Óæskileg efnissvæði eru síðan ætuð í burtu og hliðoxíðið er sett á pínulitla bilið. Að lokum er uppgufað mólýbden skotið á yfirborðið, þar sem það myndar hliðið, þétt kreist á milli hinna tveggja rafskautanna, segir del Alamo. „Með blöndu af ætingu og útfellingu getum við fest hliðið [á milli rafskautanna] með örsmáum eyðum í kringum það,“ segir hann.

Þrátt fyrir að margar af þeim aðferðum sem teymið beitir séu þegar notaðar í kísilframleiðslu, hafa þær aðeins sjaldan verið notaðar til að búa til samsetta hálfleiðara smára. Þetta er að hluta til vegna þess að í forritum eins og ljósleiðarasamskiptum er pláss minna mál. „En þegar þú ert að tala um að samþætta milljarða af örsmáum smára í flís, þá þurfum við að endurmóta framleiðslutækni samsettra hálfleiðara smára til að líkjast miklu meira kísilsmárum,“ segir del Alamo.

Næsta skref þeirra verður að vinna að því að bæta rafgetu – og þar af leiðandi hraða – smárasins með því að útrýma óæskilegri viðnám innan tækisins. Þegar þeir hafa náð þessu munu þeir reyna að minnka tækið enn frekar, með lokamarkmiðið að minnka stærð smára þeirra niður fyrir 10 nm í hliðarlengd.

Rannsóknin var styrkt af DARPA og Semiconductor Research Corporation.