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科学家研制出超薄二维材料晶体管

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  根据摩尔定律,集成电路中可以容纳的晶体管数量将每18个月翻一番。这也意味着半导体材料的改进对于芯片性能的提高非常重要。

  据国外媒体报道,美国宾夕法尼亚州立大学科学家在《自然-通讯》杂志上发表的一项新研究表明,他们已经成功研制出一种超薄二维材料晶体管,这将大大提高未来芯片的性能。

  宾夕法尼亚州立大学工程学院工程科学和力学助理教授萨普塔什达斯说,我们现在生活在一个数据驱动的互联网世界,随之而来的是大数据对存储和处理能力的挑战。

  晶体管作为集成电路的重要组成部分,如果想要存储和处理更多的数据,就需要使用更多的晶体管。然而,随着晶体管特征尺寸的减小,需要更小和更薄的半导体材料来进一步提高芯片性能。

  目前,三维硅材料用于制造晶体管已经有60年左右的历史,其尺寸几乎已经达到极限。特别是经过5nm工艺后,传统晶体管的性能难以提高,这使得硅在晶体管中的应用越来越具有挑战性。

  因此,许多科学家一直在积极探索新技术、新工艺和新材料,发现二维材料具有内在优势。因为这些二维材料的厚度可以比目前实际使用的三维硅材料薄10倍。

  在这项研究中,科学家们利用金属-有机化学气相沉积技术生长了单层二硫化钼和二硫化钨,该技术来自宾夕法尼亚州立大学的二维晶体联盟NSF材料创新平台(2DCC-MIP)。

  此外,为了验证新的二维晶体管的性能,科学家们分析了与阈值电压、亚阈值斜率、与最小电流之比、场效应载流子迁移率、接触电阻、驱动电流和载流子饱和速度相关的统计指标。

  达斯教授指出,一系列测试已经证明了新晶体管的可行性,这意味着新晶体管不仅可以使下一代芯片更快、更节能,还可以承担更多的存储和数据处理性能。

  据了解,TSMC的5纳米工艺技术已经量产,而3纳米工艺技术将于今年试制,2022年量产。此外,据报道,TSMC已经成功开发了2纳米工艺技术,并将于2023年上半年进行风险生产,并于2024年开始大规模生产。

  如果超薄二维材料晶体管进入应用阶段,很快就会实现1nm工艺比。

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