[新闻] 以 TMD 材料取代硅,推进下一代更小、更有效率半导体芯片

楼主: hihihihehehe (远离尘嚣)   2024-07-14 02:10:38
1.媒体来源:
科技新报
2.记者署名:
Emma stein
3.完整新闻标题:
以 TMD 材料取代硅,推进下一代更小、更有效率半导体芯片
4.完整新闻内文:
作者 Emma stein | 发布日期 2024 年 07 月 12 日 17:07 | 分类 尖端科技 , 材料
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根据摩尔定律,积体电路可容纳的电晶体数目约每 2 年便增加 1 倍,但这条定律即将走
到尽头。随着硅芯片越做越小,进入 2 奈米制程后功能、尺寸便几乎达到物理极限,因
此研究人员正在开发更小、更薄、更有效率的下一代芯片,以过渡金属二硫属化物(TMD
)替代硅材料。
当前所有电子设备都使用以硅制成的芯片,半导体产业也借由不断缩小电晶体尺度来提升
元件效能,然而日益缩小的元件终将面临制程技术与物理瓶颈,科学家只好开始寻找替代
三维硅的下一任半导体支柱。
其中,仅原子层厚度的二维层状半导体材料近年备受瞩目,比如过渡金属二硫族化物(
transition metal dichalcogenides,TMD),许多公司已在二维材料芯片投入大量资金
;最近,普林斯顿电浆物理实验室(PPPL)物理学家 Shoaib Khalid 团队也在《2D
Materials》期刊发表新论文,详细介绍 TMD 原子结构可能发生的变化、发生原因及它们
如何影响材料。这些资讯为改进下一代电脑芯片所需流程奠定基础。
过渡金属二硫族化物(TMD)材料关键特征是二维结构的大原子相互作用,如二碲化钨(
WTe2)表现出反常巨磁阻和超导性,其余如:二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二
硒化钼(MoSe2)、二硒化钨(WSe2)等,也都是极具潜力的二维层状半导体材料。
研究人员解释,TMD 可以薄到仅 3 个原子厚度,把它想像成由硫族元素(硫、硒、碲)
制成的金属小三明治,中间馅料可为任何过渡金属原子(元素周期表第 3 族到第 12 族
的金属)。
块状 TMD 则具有 5 层或更多层原子排列成晶体结构,有时候,科学家会在晶格结构某处
发现缺少 1 个原子、或在奇怪位置找到 1 个原子,这种“缺陷”偶尔能为材料带来正面
影响,比如某些 TMD 缺陷反而使半导体导电性更强。
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▲ 中间缺失 1 个硫族原子的 TMD 中间层示意图。
无论好坏,科学家必须了解引发缺陷的原因并加以利用。之前,科学家发现块状 TMD 含
有多余电子,现在 Shoaib Khalid 团队指出,这些多出的电子可能由氢气引起。
根据缺陷的类型与性质,材料也会有不同表现与性能。比如多余电子会形成 n 型半导体
材料,失去电子留下电洞则使材料成为 p 型。
至于我们还要等多久才能在手机、PC 看到 TMD 芯片的应用?专家认为,到 2030 年可能
就会出现实际用于设备的 TMD 电晶体。
Researchers developing next generation 2D semiconductors investigate
potential silicon replacement in transition-metal dichalcogenide
Beyond Silicon: How Atom-Thin Materials Are Revolutionizing Chips
(图片来源:普林斯顿电浆物理实验室)
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