英特尔创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)曾提出一个摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。
由于微型化和性能方面的进步,这一被称为摩尔定律的公理自1965年以来一直适用。
然而,集成电路正面临着物理极限,这使得摩尔定律似乎即将失效。过于密集的电路元件会相互干扰。
但是根据Banerjee的说法(他是纳米电子学领域世界领先的科学家之一),有一种方法可以无限期地维持摩尔定律,那就是利用相对较新、有前途的二维(2D)材料,结合整体3D(M3D)集成实践,创造出超紧凑型的高性能电子芯片,可以克服传统集成电路所面临的挑战。
Banerjee在2014年的一篇有远见的文章中首次提出了这个想法,他的纳电子学研究实验室最近发表了一篇更详细的研究报告,对这项技术进行了评估。
根据Banerjee小组的研究,传统半导体材料在其理想的电子性能开始衰退之前的厚度是有限的。
Banerjee说:“由于表面粗糙度引起的电子散射增加,一般半导体材料的厚度标度在几纳米以下就具有挑战性,它们的迁移率迅速下降。”
“事实上,在~ 1nm以下,像Si或Ge这样的传统材料可能不具有热力学稳定性。”
另一方面,原子薄而稳定的二维材料,如石墨烯、六方氮化硼(h-BN)和过渡金属二卤代烃(MoS2、WS2、WSe2等),具有高度的空间效率和厚度。
此外,根据论文,二维半导体表现出相当高的流动性和对表面缺陷的免疫力。
2D材料往往比传统材料更灵活,这使它们成为最先进的电子应用的理想选择,如柔性显示器。
同时,与堆叠的3D材料相比,堆叠的2D材料还可以最小化层间信号延迟、热阻,并减少潜在的过热。
根据研究人员的说法,通过选择特定的2D材料并将它们堆叠起来,单片3D不仅节省了芯片上宝贵的空间,而且还允许根据材料的组合电子特性进行配置。
关于其制造业前景,Banerjee也解释了2D和3D材料如何应对低温制造、电磁干扰、散热等难题。
去年,Banerjee的团队演示了一种CMOS兼容的石墨烯合成方法,该方法基本上解决了石墨烯的低温和无转移合成难题。他的实验室也在进行类似的工作,以在低温下直接在晶片上合成其他2D材料。
研究人员指出,通过在层之间使用薄的石墨烯屏蔽层(最好掺杂以增强电磁屏蔽效果),即使垂直层按比例缩小,也可以防止干扰。
在散热方面,材料本身的厚度有利于让热量从密集堆积的组件有效地消散。
Kamyar Parto是这项研究的合著者,同时也是Banerjee实验室的一名成员,他评论:“与像硅这样的薄化的传统材料相比,2D材料具有更高的平面内热传导性,这有助于快速的横向热传输,从而降低了任何热点形成的风险。”
他补充说:“最终,我们设想通过2D材料实现不同类型的集成设备和技术,实现世界上最高、密度最大的‘芯片城市’,并实现前所未有的性能、存储容量和能源效率。”
原文出处:
https://knowridge.com/2020/01/2d-and-3d-materials-combo-could-keep-moores-law-going/,2D and 3D materials combo could keep Moore’s law going,作者:Sonia Fernandez
本报告前瞻性、适时性地对半导体硅片行业的发展背景、供需情况、市场规模、竞争格局等行业现状进行分析,并结合多年来半导体硅片行业发展轨迹及实践经验,对半导体硅片行...
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