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Jan 06, 2024

Gli ingegneri "coltivano" transistor atomicamente sottili sopra i chip dei computer

Electronics & Sensors INSIDER Emerging AI applications, like chatbots that

Elettronica e sensori INSIDER

Le applicazioni emergenti dell’intelligenza artificiale, come i chatbot che generano il linguaggio umano naturale, richiedono chip per computer più densi e potenti. Ma i chip semiconduttori sono tradizionalmente realizzati con materiali sfusi, che sono strutture 3D squadrate, quindi impilare più strati di transistor per creare integrazioni più dense è molto difficile.

Tuttavia, i transistor semiconduttori realizzati con materiali 2D ultrasottili, ciascuno spesso solo circa tre atomi, potrebbero essere impilati per creare chip più potenti. A tal fine, i ricercatori del MIT hanno dimostrato una nuova tecnologia in grado di “far crescere” in modo efficace ed efficiente strati di materiali dicalcogenuro di metalli di transizione 2D (TMD) direttamente sopra un chip di silicio completamente fabbricato per consentire integrazioni più dense.

La crescita di materiali 2D direttamente su un wafer CMOS di silicio ha rappresentato una sfida importante perché il processo richiede solitamente temperature di circa 600 °C, mentre i transistor e i circuiti di silicio potrebbero rompersi se riscaldati a temperature superiori a 400 °C. I ricercatori hanno ora sviluppato un processo di crescita a bassa temperatura che non danneggia il chip. La tecnologia consente ai transistor a semiconduttore 2D di essere integrati direttamente su circuiti di silicio standard.

In passato, i ricercatori hanno coltivato materiali 2D altrove e poi li hanno trasferiti su un chip o un wafer. Ciò spesso causa imperfezioni che ostacolano le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti finali. Inoltre, il trasferimento fluido del materiale diventa estremamente difficile su scala wafer. Al contrario, questo nuovo processo crea uno strato liscio e altamente uniforme su un intero wafer da 8 pollici.

La nuova tecnologia è anche in grado di ridurre significativamente il tempo necessario per coltivare questi materiali. Mentre gli approcci precedenti richiedevano più di un giorno per far crescere un singolo strato di materiali 2D, il nuovo approccio può far crescere uno strato uniforme di materiale TMD in meno di un’ora su interi wafer da 8 pollici.

Grazie alla sua rapida velocità e all’elevata uniformità, la nuova tecnologia ha consentito ai ricercatori di integrare con successo uno strato di materiale 2D su superfici molto più grandi di quanto precedentemente dimostrato. Ciò rende il loro metodo particolarmente adatto per l'uso in applicazioni commerciali, dove i wafer da 8 pollici o più sono fondamentali.

"L'uso di materiali 2D è un modo potente per aumentare la densità di un circuito integrato. Quello che stiamo facendo è come costruire un edificio a più piani. Se hai solo un piano, come nel caso convenzionale, non potrà contenere molte persone. Ma con più piani, l'edificio ospiterà più persone. Grazie all'integrazione eterogenea su cui stiamo lavorando, abbiamo il silicio come primo piano e poi possiamo avere molti piani di materiali 2D direttamente integrati in cima," ha detto Jiadi Zhu, un elettricista Studente laureato in ingegneria e informatica e co-autore principale di un articolo su questa nuova tecnica.

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