В Китае сделали первый шаг к созданию процессоров на 1 нм: как этого удалось достичь

Китайским ученым удалось использовать новый полупроводниковый материал для производства 12-дюймовых пластин и теперь их разработка дополнит традиционные кремниевые чипы, пишет South China Morning Post. Поскольку новый 2D-материал очень тонкий, он придает пластинам превосходные полупроводниковые свойства. Технология еще требует доработки для реализации в промышленных масштабах, но по словам профессора Лю Кайхуэя из Пекинского университета, если в будущем возникнет промышленный спрос, прогресс в этой области будет идти семимильными шагами.

На исследования в этой области группу ученых подтолкнул закон Мура и неспособность к дальнейшему уменьшению кремниевых транзисторов. По закону мура количество транзисторов в процессоре каждые два года увеличивается вдвое для соответствия современным требованиям к производительности. А из-за этого растет и величина самого процессора. Чем больше транзисторов — тем больше процессор, а это путь в никуда в современных условиях миниатюризации персональной техники и компьютеров.

"Когда кремниевые транзисторы делают тоньше, их контроль напряжения становится хуже. Ток будет существовать, даже когда устройство не работает. Это влечет за собой дополнительные затраты на электроэнергию и выработку тепла", — сказал Лю.

А вот 2D-материал состоит из кристаллических твердых тел с одним или несколькими слоями атомов. Уникальные физические свойства пластин, обусловленные их естественной толщиной на атомном уровне, могут решить эту проблему и позволят создавать процессоры размером 1 нм.

"Транзистор, изготовленный из одного слоя MoS2 (типичного двумерного материала) толщиной около одного нанометра, во много раз превосходит транзистор, изготовленный из кремния такой же толщины", — говорит профессор Лю.

В каждом слое двумерные материалы могут существовать отдельно, что позволяет укладывать их слой за слоем, например, графен или дихалькогениды переходных металлов (TMD), включая дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама, диселенид молибдена и диселенид вольфрама. Однако изготовление пластин из двумерного материала с высокой однородностью и производительностью стало проблемой для ученых всего мира.

Как и в случае с традиционными полупроводниками, задача индустриализации 2D-технологии в первую очередь заключается в изготовлении пластин. "Более 60 процентов существующего рынка чипов приходится на 12-дюймовые пластины, которые представляют собой круглые детали диаметром около 30 см. Но создание таких больших и однородных плоских кругов требует значительного опыта и времени", — отмечают ученые. Хотя двухдюймовые модели производились и раньше, масштабирование процесса выращивания кристаллов оказалось трудным, и исследователи в США, Корее, Великобритании и Японии сочли это трудным.

Однако исследователям удалось разработать новый подход, используя метод доставки от поверхности к поверхности, который обеспечивает равномерный рост кристаллов. При изготовлении пластины MoS2 в качестве источника элемента используется кристаллическая пластина халькогенида (ZnS), взаимодействующая с диспергированными в растворе расплавленными солями (Na2MoO4). Новый метод означает, что больше нет ограничений на размер пластин.

Так же команде ученых пришлось разработать стратегию серийного производства. Предлагаемая система роста состоит из модулей, а затем складывается в колонну, как при строительстве небоскреба. Этот метод укладки означает, что несколько слоев 2D-материалов можно выращивать одновременно, что приводит к беспрецедентной эффективности и низким производственным затратам.

"Теперь наше оборудование может производить 10 000 штук 2D-пластин в год на одном станке", — сказал профессор Лю.

Несмотря на успехи исследователей преобразование 2D-пластин в пригодные для использования чипы по-прежнему требует сложного дизайна и фотолитографии. Но профессор Лю и его коллеги уверены в успехе.

"Как показала история полупроводниковой промышленности, первый шаг имеет ключевое значение, и некоторые препятствия, вероятно, будут преодолены с помощью промышленных усовершенствований", — сказал он.

Ранее Фокус рассказывал, что производители вставляют микрочипы в сыры. Производители пармезана в Италии наносят микрочипы, чтобы бороться с подделками, которые наносят отрасли убытки на миллиарды долларов.