У Китаї зробили перший крок до створення процесорів на 1 нм: як цього вдалося досягти

Китайським ученим вдалося використати новий напівпровідниковий матеріал для виробництва 12-дюймових пластин і тепер їхня розробка доповнить традиційні кремнієві чіпи, пише South China Morning Post. Оскільки новий 2D-матеріал дуже тонкий, він надає пластинам чудових напівпровідникових властивостей. Технологія ще потребує доопрацювання для реалізації в промислових масштабах, але, за словами професора Лю Кайхуея з Пекінського університету, якщо в майбутньому виникне промисловий попит, прогрес у цій галузі буде йти семимильними кроками.

На дослідження в цій галузі групу вчених підштовхнув закон Мура і нездатність до подальшого зменшення кремнієвих транзисторів. За законом Мура кількість транзисторів у процесорі кожні два роки збільшується вдвічі для відповідності сучасним вимогам до продуктивності. А через це зростає і величина самого процесора. Що більше транзисторів — то більший процесор, а це шлях у нікуди в сучасних умовах мініатюризації персональної техніки та комп'ютерів.

"Коли кремнієві транзистори роблять тоншими, їхній контроль напруги стає гіршим. Струм існуватиме, навіть коли пристрій не працює. Це тягне за собою додаткові витрати на електроенергію і вироблення тепла", — сказав Лю.

А ось 2D-матеріал складається з кристалічних твердих тіл з одним або кількома шарами атомів. Унікальні фізичні властивості пластин, зумовлені їхньою природною товщиною на атомному рівні, можуть розв'язати цю проблему і дадуть змогу створювати процесори розміром 1 нм.

"Транзистор, виготовлений з одного шару MoS2 (типового двовимірного матеріалу) завтовшки близько одного нанометра, у багато разів перевершує транзистор, виготовлений із кремнію такої ж товщини", — каже професор Лю.

У кожному шарі двовимірні матеріали можуть існувати окремо, що дає змогу укладати їх шар за шаром, наприклад, графен або дихалькогеніди перехідних металів (TMD), включно з дисульфідом молібдену, дисульфідом вольфраму, диселенідом молібдену і диселенідом вольфраму. Однак виготовлення пластин із двовимірного матеріалу з високою однорідністю і продуктивністю стало проблемою для вчених усього світу.

Як і у випадку з традиційними напівпровідниками, завдання індустріалізації 2D-технології насамперед полягає у виготовленні пластин. "Понад 60 відсотків наявного ринку чипів припадає на 12-дюймові пластини, які являють собою круглі деталі діаметром близько 30 см. Але створення таких великих і однорідних плоских кіл вимагає значного досвіду та часу", — зазначають науковці. Хоча дводюймові моделі вироблялися і раніше, масштабування процесу вирощування кристалів виявилося важким, і дослідники в США, Кореї, Великій Британії та Японії визнали це важким.

Однак дослідникам вдалося розробити новий підхід, використовуючи метод доставляння від поверхні до поверхні, який забезпечує рівномірний ріст кристалів. При виготовленні пластини MoS2 як джерело елемента використовується кристалічна пластина халькогеніду (ZnS), що взаємодіє з диспергованими в розчині розплавленими солями (Na2MoO4). Новий метод означає, що більше немає обмежень на розмір пластин.

Так само команді вчених довелося розробити стратегію серійного виробництва. Пропонована система зростання складається з модулів, а потім складається в колону, як при будівництві хмарочоса. Цей метод укладання означає, що кілька шарів 2D-матеріалів можна вирощувати одночасно, що призводить до безпрецедентної ефективності та низьких виробничих витрат.

"Тепер наше обладнання може виробляти 10 000 штук 2D-пластин на рік на одному верстаті", — сказав професор Лю.

Попри успіхи дослідників, перетворення 2D-пластин на придатні для використання чипи, як і раніше, вимагає складного дизайну і фотолітографії. Але професор Лю і його колеги впевнені в успіху.

"Як показала історія напівпровідникової промисловості, перший крок має ключове значення, і деякі перешкоди, ймовірно, будуть подолані за допомогою промислових удосконалень", — сказав він.

Раніше Фокус розповідав, що виробники вставляють мікрочипи в сири. Виробники пармезану в Італії наносять мікрочипи, щоб боротися з підробками, які завдають галузі збитків на мільярди доларів.