由科学家改装的家用微波炉成2nm芯片制造关键

一个由科学家改装的家用微波炉,正在帮助制造下一代手机、电脑和其他电子产品。这项发明被证明克服了半导体行业面临的一个重大挑战。

相关研究结果以“Efficient and stable activation by microwave annealing of nanosheet silicon doped with phosphorus above its solubility limit”为题,发表在科学期刊《应用物理学快报》(Applied Physics Letters)上。康奈尔大学材料科学与工程系教授 James Hwang 为改论文的通讯作者之一。

由科学家改装的家用微波炉成2nm芯片制造关键插图

(来源:Applied Physics Letters)

随着芯片尺寸变得越来越小,要想产生所需的电流,硅必须掺杂或混合更高浓度的磷。如今,半导体制造商正面临着一个临界极限,即使用传统方法来加热高掺杂材料已经无法生产出性能稳定的半导体。

半导体制造商台积电(TSMC)认为,微波在理论上可以用来激活过量的掺杂剂。但是,就像家用微波炉有时会不均匀地加热食物一样,之前的微波退火装置往往会产生“驻波”(standing waves),从而阻止掺杂剂的一致激活。

由科学家改装的家用微波炉成2nm芯片制造关键插图1

图|电子显微镜下的芯片(来源:维基百科)

为此,台积电与 Hwang 合作,通过一个改进的微波炉选择性地控制驻波发生的位置,从而可以在不过度加热或损坏硅晶体的前提下,恰到好处地激活掺杂剂。

对此,Hwang 表示:“这一发现可以用于制造 2025 年前后生产的半导体材料和电子产品。”

甚至,Hwang 还说道:“目前,只有少数企业在生产 3 纳米的半导体材料。这种新的微波方法有可能使台积电(TSMC)和三星(Samsung)等芯片制造商将尺寸缩小到 2 纳米。”

由科学家改装的家用微波炉成2nm芯片制造关键插图2

图|在改装微波炉旁边的 James Hwang(右)。

据介绍,这一突破可能会改变芯片中使用的晶体管的几何形状。

20 多年来,为了保证每个芯片上能装载更多的晶体管,晶体管被制作成像背鳍一样直立。

近年来,芯片制造商开始试验一种新的结构,在这种结构下,晶体管可以呈水平堆叠状。而微波退火使更多掺杂的材料成为可能,这是实现新结构的关键。

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