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雲南大學立功了!一新型半導體材料突破瓶頸,摩爾定律迎來新希望

作者:萬大叔

在矽基晶片領域,我國被封鎖和限制着,目前來看,短時間内可能無法突破高端晶片層面的圍欄,這裡面當然有一些曆史原因,是以當下我國的科研人員除了在全力攻克半導體産業鍊裡的各種關鍵裝置和關鍵技術以外,也在尋求其他方向上的機會,例如之前被人們津津樂道的碳基晶片、光子晶片,還有我以前視訊裡給大家講過的冰刻工藝等等。

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今年6月30日,國内首條、全球第三條碳化矽全産業生産線在湖南正式投産,月産3萬片6英寸碳化矽晶圓,總投資額達到160億元人民币。碳化矽作為第三代半導體材料,有着衆多的優勢,他的發展對我國半導體行業來說具有重要的意義。

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那麼在半導體材料上,除了碳化矽,我國還取得了另一項突破。根據科技日報6月20日的報道,雲南大學的科研團隊在去年成功突破了硫化鉑材料的瓶頸,給即将終結的摩爾定律注入了新希望。

它是一種無機化合物,具有穩定性好等特點,是極具潛力的半導體材料之一。

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石墨烯作為碳基第三代半導體材料,是一種典型的二維納米材料,它具備化學、光、電、機械等一系列優良的特性,但也存在零帶隙、光吸收率低等缺點,這也限制石墨烯了的應用範圍,是以類石墨烯材料應運而生了。

那麼硫化鉑就是一種類石墨烯材料,硫化鉑不僅具備類似石墨烯的範德華力結合的層狀結構,在具備大容量、高架空性的同時,還擁有優異的光、電、磁等性能。

與石墨烯相比,硫化鉑擁有良好的内部結構穩定性、透光性和雜質較少的優點,很好的彌補了石墨烯的缺點。另外,硫化鉑還具備較寬的能量間隙和高可控性。

雲南大學材料與能源學院、雲南省微納材料與技術重點實驗室楊鵬、萬豔芬團隊通過實體氣相沉積和化學氣相沉積相結合的方式,在合适的溫度、壓強等條件下,實作制備大面積少層、均勻的平方厘米級的硫化鉑材料,并表征了相關實體特性,解決了硫化鉑合成的一系列問題,為我國早日實作硫化鉑商用,提供了新的技術支援,并且相關研究成果發表在國際著名材料學術刊物《現代材料實體學》上。

據國外媒體報道,三星預計會在2022年6月份量産3nm,骁龍8 Gen1有可能采用這個工藝。台積電的3nm工藝也将在明年下半年量産。并且他們也都在研究更高水準的工藝制程,例如2nm、1nm。

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我們都知道,矽基晶片受限于摩爾定律,想要實作更低的工藝制程,很有可能需要新的材料。那麼,台積電在1nm工藝的研發中,使用了半金屬铋,铋作為二維材料的接觸電極,可大幅降低電阻并提高電流,使其效能幾乎與矽一緻,不過這是一個多方聯合研究的成果。

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首先是麻省理工的團隊發現在二維材料上搭配半金屬铋的電極,能大幅降低電阻并提高傳輸電流。随背景積電技術研究部門将铋沉積制程進行優化,同時台灣大學團隊并運用氦離子束微影系統将元件通道成功縮小至納米尺寸,最終取了得了技術突破。相關的科研成功也釋出在了國際頂級科學期刊《自然》上。

不過铋的儲量很少,全球儲量隻有33萬噸,并且提純難度高,注入雜質緩沖粒子的過程慢。這勢必也會影響铋在半導體領域的應用前景。而與铋元素相比,硫化鉑的成本更低、産出效率更高、實際性能以及功耗表現優越,這些優點讓硫化鉑成為可以延續摩爾定律的最佳候選材料之一。

雲南大學的這項科研成果,可以說為我國半導體行業開辟更寬廣應用場景,硫化鉑有望成為我國突破先進制程封鎖的關鍵半導體材料之一,具有重大意義,有助于我們早日實作自主生産高端晶片的目标。是以我相信,在我國科學家們的努力下,中國半導體一定可以追趕上世界最先進的水準,并且實作反超。

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