2D-транзистори стають на крок ближче до масового виробництва

2D-транзистори на основі двовимірних матеріалів демонструвалися в академічних колах та дослідницьких лабораторіях понад десять років, проте жодна з цих демонстрацій не була сумісна з великосерійним виробництвом напівпровідників. 

Вони спиралися на малі пластини, кастомні дослідницькі інструменти та крихкі технологічні етапи. Проте цього тижня Intel Foundry та imec продемонстрували готову до 300-міліметрових пластин інтеграцію критичних технологічних модулів для 2D-польових транзисторів (2DFET). Це свідчить про те, що 2D-матеріали та 2DFET стають реальністю.

Навіщо потрібні 2D-матеріали? Сучасні передові логічні технології — такі як Intel 18A, Samsung SF3E, TSMC N2 — базуються на пристроях із всеохоплюючим затвором (GAA). Провідні чипмейкери також розробляють комплементарні FET (CFET), щоб вертикально штабелювати транзистори для збільшення щільності.

Однак Intel та інші виробники стверджують, що подальше масштабування зрештою підштовхне кремнієві канали до їхніх фізичних меж, де електростатичний контроль і рухливість носіїв погіршуються через екстремально малі розміри. Для розв'язання цієї проблеми галузь все частіше оцінює 2D-матеріали, які можуть формувати канали товщиною всього в кілька атомів, зберігаючи при цьому сильний контроль струму.

Intel та imec представили на конференції IEDM статтю, де детально описали роботу з сімейством дихалькогенідів перехідних металів (TMD). В продемонстрованих структурах:WS₂ та MoS₂ використовувалися для транзисторів n-типу. WSe₂ слугував матеріалом каналу p-типу.

Головним досягненням стала сумісна з масовим виробництвом схема інтеграції контактів та затворного стека. Intel виростила високоякісні 2D-шари та покрила їх багатошаровим стеком з AlOx, HfO₂ та SiO₂. Потім ретельно контрольоване селективне травлення оксиду дозволило сформувати верхні контакти за дамаською технологією. Цей крок зберіг цілісність підкладкових 2D-каналів, які надзвичайно чутливі до забруднення та фізичних пошкоджень.

Важливість цієї спільної роботи Intel та imec полягає не в негайному випуску продукту. 2D-транзистори — це перспектива довгострокового майбутнього, можливо, другої половини 2030-х або навіть 2040-х років. Цінність роботи полягає в мінімізації ризиків розробки. Валідуючи модулі контактів і затворів у середовищі виробничого класу, Intel Foundry дозволяє замовникам і внутрішнім командам оцінювати 2D-канали, використовуючи реалістичні сценарії масштабування, а не ідеалізовані лабораторні умови.

Наразі стратегія Intel полягає в тому, щоб розглядати 2D-матеріали як опцію майбутнього, яку можна оцінити задовго до того, як кремній досягне своїх остаточних меж. Спільно розробляючи процеси з такими партнерами, як imec, Intel сподівається завчасно розв'язати проблеми виробництва та уникнути "сюрпризів" на пізніх стадіях, коли нові матеріали нарешті стануть необхідними.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI