В Королевском университете науки и технологий им. Абдаллы "KAUST" изготовлен первый в мире полностью интегрированный и функциональный микрочип на основе экзотических двумерных материалов. Прорыв демонстрирует имеющийся  потенциал 2D-материалов для расширения функциональности и производительности технологий на основе микрочипов.

микрочип, 2Д технологии
Профессор  KAUST Марио Ланца и его коллеги успешно разработали первый в мире 2D-микрочип с использованием синтетических материалов. Несмотря на проблемы с изготовлением, команда успешно создала микросхему, функционирующую как высокопроизводительный элемент нейронной сети с низким энергопотреблением, что открыло двери для развития технологии микрочипов. Предоставлено: © 2023 КАУСТ; Марио Ланца
 

С момента первого изготовления атомарно-тонких слоев графита, называемого графеном, в 2004 году к таким материалам для передовых и новых применений возник большой интерес из-за их экзотических и многообещающих физических свойств. Но, несмотря на два десятилетия исследований, функциональные микроустройства на основе этих 2D-материалов оказались трудновыполнимыми из-за проблем с изготовлением и обращением с такими хрупкими тонкими пленками.

 

Вдохновленные недавними достижениями лаборатории Lanza в области функциональных 2D-пленок, коллаборация под руководством KAUST создала и продемонстрировала прототип микрочипа на основе 2D.

 

«Наша цель состояла в том, чтобы повысить уровень технологической готовности электронных устройств и схем на основе 2D-материалов, используя обычные КМОП-микросхемы на основе кремния в качестве основы и стандартные методы изготовления полупроводников», — говорит исследователь Ланца.  «Однако проблема заключается в том, что синтетические 2D-материалы могут содержать локальные дефекты, такие как атомарные примеси, которые могут привести к выходу из строя небольших устройств. Кроме того, очень сложно интегрировать 2D-материал в микрочип, не повредив его».

 

Исследовательская группа оптимизировала конструкцию чипа, чтобы упростить его изготовление и свести к минимуму влияние дефектов. Они сделали это, изготовив стандартные комплементарные металл-оксид-полупроводниковые (CMOS) транзисторы на одной стороне чипа и соединив с его нижней стороной, где 2D-материал можно было надежно нанести в виде небольших контактных площадок размером менее 0,25 микрометра.

 

Был изготовен двумерный материал — гексагональный нитрид бора, или h-BN, на медной фольге — и его перенесли на микрочип с помощью низкотемпературного влажного процесса, а затем поверх были сформированы электроды с помощью обычного вакуумного испарения и фотолитографии.  Таким образом был получен  массив 5×5 ячеек с одним транзистором и одним мемристором, соединенных в матрицу с перекладиной.

 

Экзотические свойства 2D материала h-BN, из всего 18 атомов в 6 нанометров толщиной, делают его идеальным «мемристором» — резистивным компонентом, сопротивление которого можно задавать приложенным напряжением. В этой схеме 5×5 каждая из микроплощадок мемристора подключена к одному выделенному транзистору. Это обеспечивает точное управление напряжением, необходимое для работы мемристора как функционального устройства с высокой производительностью и надежностью в течение тысяч циклов, в данном случае как элемента нейронной сети с низким энергопотреблением.

 

«Благодаря этому флагманскому прорыву мы сейчас ведем переговоры с ведущими полупроводниковыми компаниями о продолжении работы в этом направлении», — сообщает профессор Марио Ланца. «Мы также рассматриваем возможность установки нашей собственной промышленной системы обработки 2D-материалов в масштабе пластины в KAUST, чтобы расширить эту возможность».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!