美研究者成功將新型功能材料集成至硅芯片

美研究者成功將新型功能材料集成至硅芯片

ITRS發(fā)布報告預(yù)測表示，芯片摩爾定律或在2021年失效。

我們知道，硅芯片制造工藝正逼近物理極限?！吨袊萍紙蟆贩治龇Q，為滿足摩爾定律增長要求，要么尋找全新材料替代硅——石墨烯、二硫化鉬或者單原子層鍺，要么創(chuàng)新方法來拓展硅芯片的能力——將更符合要求的新材料高效集成在硅襯底上。相較而言，完全替代原有技術(shù)路線，不僅需要大量資金投入，產(chǎn)業(yè)充分競爭和協(xié)作也必不可少；在成熟技術(shù)上深部挖潛，成本雖然低很多，卻難以帶來翻天覆地的全新業(yè)態(tài)。

據(jù)報道，美國北卡羅來納州立大學日前發(fā)布公告表示，該校研究人員與美國陸軍研究辦公室合作開發(fā)出一種被稱為“薄膜外延法”的新方法，可將多鐵性材料等新型功能材料集成至計算機芯片上。據(jù)了解，將新型功能材料與硅芯片集成，有助于未來制造出更輕巧、智能的電子設(shè)備和系統(tǒng)，會使很多過去認為不可能的事成為可能：比如，數(shù)據(jù)探測、采集、處理等多種任務(wù)可以在一個緊湊的芯片上完成，此外目前發(fā)光二極管（LED）所用藍寶石襯底無法與計算機設(shè)備兼容的難題也會迎刃而解。

就目前而言，一些新型功能材料，如具有鐵電和鐵磁性質(zhì)的多鐵性材料、表面有導電性能的拓撲絕緣體及新型鐵電材料等，在傳感器、非易失性存儲器及微機電領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。但這些材料目前面臨的一個難題是，至今它們都不能被集成到硅芯片上。目前，新的研究幫助突破了限制。

研究人員表示，所謂“薄膜外延法”，就是他們設(shè)計了氮化鈦板層和釔穩(wěn)定氧化鋯板層這兩種可與硅兼容的板層，用來連接新功能材料與不同電子產(chǎn)品硅芯片的底層基質(zhì)（平臺），然后利用其開發(fā)的一套緩沖薄膜，將功能材料與硅芯片集成在一起。這些薄膜通過一面與新型功能材料的晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合，另一面與底層基質(zhì)結(jié)合來發(fā)揮連接作用。研究人員稱，隨著集成的功能材料的變更，所使用的薄膜組合也會隨之變化。舉個例子，集成多鐵性材料時會使用氮化鈦、氧化鎂、氧化鍶和鑭鍶錳氧化物這4種類型的薄膜組合，但是如果要集成拓撲絕緣體，那么只需要氧化鎂和氮化鈦就可以了。