Onderzoekers ontwikkelen een roadmap voor de ontwikkeling van informatietechnologie op basis van 2D-materialen

Een aanzienlijke stap voorwaarts voor de halfgeleiderindustrie biedt een nieuw overzichtsartikel van het “Shuang-Qing Forum” een uitgebreid overzicht van de vorderingen en de strategische routekaart voor tweedimensionale (2D) materialen.

Deze collectieve inspanning van vooraanstaande Chinese wetenschappers schetst de transitie van 2D-materialen van fundamenteel onderzoek naar industriële ontwikkeling, waarbij de cruciale rol wordt benadrukt van speciale tools, AI en samenwerking tussen de academische wereld en de industrie om deze technologische revolutie aan te sturen.

Het onderzoek is gepubliceerd in het journaal Wetenschap China Informatiewetenschappen.

Een nieuw tijdperk in de miniaturisatie van halfgeleiders

De afgelopen zeventig jaar is de halfgeleiderindustrie een drijvende kracht geweest achter technologische vooruitgang, met voortdurende miniaturisering en prestatieverbeteringen.

Het nastreven van de wet van Moore heeft geleid tot de verkenning van nieuwe materialen en geometrieën, waaronder 2D-materialen zoals overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD’s) als potentiële kandidaten voor de volgende generatie transistors op basis van atomair dunne kanalen.

Strategische roadmap voor 2D-materialen

Het overzichtsartikel benadrukt de behoefte aan specifieke technologieën en hulpmiddelen om te voldoen aan de industriële normen voor 2D-materialen. Het onderstreept het belang van materiaalgroei, karakterisering en circuitontwerp, en vormt daarmee de weg vrij voor een gezamenlijke inspanning tussen de academische wereld en de industrie om het volgende decennium van 2D-materiaalonderzoek te stimuleren. De belangrijkste onderdelen van de routekaart zijn onder meer:

• Materialen, met precisie opschalen: De toekomst van 2D-halfgeleidermaterialen hangt af van het met precisie opschalen van de productie. De industrie heeft vooruitgang geboekt met 2-inch n-type monokristallijne wafers, maar de uitdaging van materiaaldefecten blijft bestaan. De ontwikkeling van grotere enkele kristallen met nauwkeurige defectcontrole en de ontwikkeling van materialen van het p/n-type die overeenkomen met de prestaties van silicium zijn de belangrijkste richtingen voor toekomstige vooruitgang.
• Karakterisering, de onmisbare rol van AI: Geavanceerde karakteriseringstechnieken hebben subatomaire resolutieniveaus bereikt en voldoen aan de eisen van 2D-materialen. De integratie van AI-tools is van cruciaal belang voor gestandaardiseerde en verfijnde beoordelingscriteria, waardoor nauwkeurigheid en efficiëntie bij het analyseren van experimentele metadata worden gegarandeerd.
• Elektronische apparaten, synergie van BEOL en FEOL: 2D-halfgeleiderapparaten evolueren richting prestatiestatistieken die kunnen wedijveren met op silicium gebaseerde apparaten. Toekomstige ontwikkelingen zullen zich richten op fundamentele technologieën zoals HKMG-integratie en controleerbare doping, met de nadruk op het optimaliseren van de prestaties, het energieverbruik en het oppervlak.
• Thermisch beheer en onderlinge verbindingen, het overwinnen van RC-vertragingen: Effectief thermisch beheer en vermindering van RC-vertragingen zijn van cruciaal belang in halfgeleiderapparaten. Het gebruik van materialen met een lagere diëlektrische constante en de integratie van 2D-materialen zoals hexagonaal boornitride (h-BN) en grafeen zullen de prestaties en betrouwbaarheid verbeteren.
• Geïntegreerde schakelingen, die 3D-integratie omarmen: De toekomst van geïntegreerde schakelingen (IC’s) op basis van 2D-halfgeleiders evolueert in de richting van 3D-integratie. Deze transitie zal de voordelen van 2D-halfgeleiders benutten voor monolithische 3D heterogene integratie, waardoor de energie-efficiëntie en functionaliteit op chipniveau worden verbeterd.
• Opto-elektronische integratie, de weg naar high-throughput-technologieën: Opto-elektronische integratie staat op het punt een centrale richting te worden in high-throughput-informatietechnologieën. De synthese van grootschalige, hoogwaardige enkele kristallen en de vooruitgang van multifunctionele geïntegreerde apparaten zijn de sleutel tot dit toekomstige traject.