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      業內信息

      三星正在研究的下一代半導體材料

      稿件來源: 發布時間:2020-07-23

        因為硅材料的物理局限逐漸凸顯,這就驅使晶圓廠去探索更多的新型材料,以延續摩爾定律并滿足越來越高的芯片性能需求。而在三星看來,2D材料及其變形非晶氮化硼將會是新方向。 日前,三星高級技術學院(SAIT)的研究人員與蔚山國立科學技術學院(UNIST)和劍橋大學合作,揭開了一種名為非晶態氮化硼(a-BN)的新材料的發現。該研究發表在《自然》雜志上。據透露,這種材料有可能加速下一代半導體的問世。 報道指出,SAIT一直在研究二維(2D)材料——具有單原子層的晶體材料的研究和開發。具體而言,該研究所一直致力于石墨烯的研究和開發,并在該領域取得了突破性的研究成果,例如開發新的石墨烯晶體管以及生產大面積單硅片石墨烯的新方法。除了研究和開發石墨烯外,SAIT還致力于加速材料的商業化。 “為了增強石墨烯與基于硅的半導體工藝的兼容性,應在低于400°C的溫度下在半導體襯底上進行晶圓級石墨烯生長?!?SAIT的石墨烯項目負責人兼首席研究員Hyeon-Jin Shin說?!拔覀冞€在不斷努力,將石墨烯的應用范圍擴展到半導體以外的領域?!?他們進一步指出,其新發現的材料稱為非晶氮化硼(a-BN),是由具有非晶分子結構的硼和氮原子組成。盡管非晶態氮化硼衍生自白色石墨烯,其中包括以六邊形結構排列的硼和氮原子,但實際上a-BN的分子結構使其與白色石墨烯具有獨特的區別。

        非晶氮化硼具有同類最佳的超低介電常數1.78,具有強大的電氣和機械性能,可以用作互連隔離材料以最大程度地減少電干擾。還證明了該材料可以在僅400°C的低溫下以晶圓級生長。因此,非晶氮化硼有望被廣泛應用于諸如DRAM和NAND解決方案之類的半導體中,尤其是在大規模服務器的下一代存儲解決方案中。 “最近,人們對2D材料及其衍生的新材料的興趣不斷增加。但是,將材料應用于現有的半導體工藝仍然存在許多挑戰?!?SAIT副總裁兼無機材料實驗室負責人Park Seongjun Park說?!拔覀儗⒗^續開發新材料來引領半導體范式的轉變?!?/p>

        臺積電研究出世界最薄二維半導體材料

        除了三星,臺積電也在看好二維半導體材料。 今年三月份,臺積電和交大聯手,開發出全球最薄、厚度只有0.7納米的超薄二維半導體材料絕緣體,可望借此進一步開發出2納米甚至1納米的電晶體通道,論文本月成功登上國際頂尖期刊自然期刊(nature)。 國立交通大學電子物理系張文豪教授研究團隊在科技部長支持下,與臺灣積體電路制造股份有限公司合作,合作研究開發出全球最薄、厚度僅0.7納米、大面積晶圓尺寸的二維半導體材料絕緣層,臺積電表示,關鍵則在于單晶氮化硼技術的重大突破,將來可望藉由這項技術,進一步開發出2納米甚至1納米的電晶體通道。 目前臺積電正在推動3納米的量產計劃,指的就是電晶體通道尺寸,通道做的越小,電晶體尺寸就能越小,而在不斷微縮的過程中,電子就會越來越難傳輸,導致電晶體無法有效工作,目前二維半導體材料是現在科學界認為最有可能解決瓶頸的方案之一。 二維半導體材料特性就是很薄,平面結構只有一兩個原子等級的厚度,張文豪指出,但也因此傳輸中的電子容易受環境影響,所以需要絕緣層來阻絕干擾,目前半導體使用的絕緣層多半是氧化物,一般做到5納米以下就相當困難,無法小于1納米,團隊開發出的單晶氮化硼生長技術,成功達成0.7納米厚度的絕緣層。 文章第一作者臺積電技術主任陳則安,為清大化學系博士,他表示,單晶是指單一的晶體整齊排列,單晶對于未來半導體結構比較有幫助,因為假設絕緣層不是單晶結構,中間會出現很多缺陷,電阻經過的時候可能被缺陷影響,導致效能變差,實驗也已證實會有影響,未來還需要更多研究。 陳則安說,過去科學界認為,銅上不太可能出現單晶生長,但是研究團隊在實驗發現,微米單位范圍內氮化硼有同向生長的狀況,排列出單一晶體,因此透過分析這極小的區域,調整實驗參數和選擇材料,成功克服障礙,不但可以單晶生長,還能做到大面積二吋晶圓的尺寸。

        臺積電處長李連忠曾經是中研院原分所研究員,他表示,臺積電研究團隊經過基礎研究后,找到問題和突破可能性,跟交大化學氣相沉積實驗室合作,讓氮化硼單晶在銅上生長,作為保護二維半導體材料的通道,目前無法說明量產時間,還有很多關鍵技術要突破,例如金屬接觸和元件優化,但是的確對于未來電晶體尺寸再縮小將有幫助。

       ?。▉碓矗?半導體行業觀察 2020年7月7日)

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