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云南大学立功了!一新型半导体材料突破瓶颈,摩尔定律迎来新希望

作者:万大叔

在硅基芯片领域,我国被封锁和限制着,目前来看,短时间内可能无法突破高端芯片层面的围栏,这里面当然有一些历史原因,所以当下我国的科研人员除了在全力攻克半导体产业链里的各种关键设备和关键技术以外,也在寻求其他方向上的机会,例如之前被人们津津乐道的碳基芯片、光子芯片,还有我以前视频里给大家讲过的冰刻工艺等等。

云南大学立功了!一新型半导体材料突破瓶颈,摩尔定律迎来新希望

今年6月30日,国内首条、全球第三条碳化硅全产业生产线在湖南正式投产,月产3万片6英寸碳化硅晶圆,总投资额达到160亿元人民币。碳化硅作为第三代半导体材料,有着众多的优势,他的发展对我国半导体行业来说具有重要的意义。

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那么在半导体材料上,除了碳化硅,我国还取得了另一项突破。根据科技日报6月20日的报道,云南大学的科研团队在去年成功突破了硫化铂材料的瓶颈,给即将终结的摩尔定律注入了新希望。

它是一种无机化合物,具有稳定性好等特点,是极具潜力的半导体材料之一。

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石墨烯作为碳基第三代半导体材料,是一种典型的二维纳米材料,它具备化学、光、电、机械等一系列优良的特性,但也存在零带隙、光吸收率低等缺点,这也限制石墨烯了的应用范围,所以类石墨烯材料应运而生了。

那么硫化铂就是一种类石墨烯材料,硫化铂不仅具备类似石墨烯的范德华力结合的层状结构,在具备大容量、高架空性的同时,还拥有优异的光、电、磁等性能。

与石墨烯相比,硫化铂拥有良好的内部结构稳定性、透光性和杂质较少的优点,很好的弥补了石墨烯的缺点。另外,硫化铂还具备较宽的能量间隙和高可控性。

云南大学材料与能源学院、云南省微纳材料与技术重点实验室杨鹏、万艳芬团队通过物理气相沉积和化学气相沉积相结合的方式,在合适的温度、压强等条件下,实现制备大面积少层、均匀的平方厘米级的硫化铂材料,并表征了相关物理特性,解决了硫化铂合成的一系列问题,为我国早日实现硫化铂商用,提供了新的技术支持,并且相关研究成果发表在国际著名材料学术刊物《现代材料物理学》上。

据国外媒体报道,三星预计会在2022年6月份量产3nm,骁龙8 Gen1有可能采用这个工艺。台积电的3nm工艺也将在明年下半年量产。并且他们也都在研究更高水平的工艺制程,例如2nm、1nm。

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我们都知道,硅基芯片受限于摩尔定律,想要实现更低的工艺制程,很有可能需要新的材料。那么,台积电在1nm工艺的研发中,使用了半金属铋,铋作为二维材料的接触电极,可大幅降低电阻并提高电流,使其效能几乎与硅一致,不过这是一个多方联合研究的成果。

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首先是麻省理工的团队发现在二维材料上搭配半金属铋的电极,能大幅降低电阻并提高传输电流。随后台积电技术研究部门将铋沉积制程进行优化,同时台湾大学团队并运用氦离子束微影系统将元件通道成功缩小至纳米尺寸,最终取了得了技术突破。相关的科研成功也发布在了国际顶级科学期刊《自然》上。

不过铋的储量很少,全球储量只有33万吨,并且提纯难度高,注入杂质缓冲粒子的过程慢。这势必也会影响铋在半导体领域的应用前景。而与铋元素相比,硫化铂的成本更低、产出效率更高、实际性能以及功耗表现优越,这些优点让硫化铂成为可以延续摩尔定律的最佳候选材料之一。

云南大学的这项科研成果,可以说为我国半导体行业开辟更宽广应用场景,硫化铂有望成为我国突破先进制程封锁的关键半导体材料之一,具有重大意义,有助于我们早日实现自主生产高端芯片的目标。所以我相信,在我国科学家们的努力下,中国半导体一定可以追赶上世界最先进的水平,并且实现反超。

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