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發布報告預測表示，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。《中國科技報》分析稱，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，完全替代原有技術路線，不僅需要大量資金投入，產業充分競爭和協作也必不可少；在成熟技術上深部挖潛，成本雖然低很多，卻難以帶來翻天覆地的全新業態。

據報道，美國北卡羅來納州立大學日前發布公告表示，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、智能的電子設備和系統，會使很多過去認為不可能的事成為可能：比如，數據探測、采集、處理等多種任務可以在一個緊湊的芯片上完成，此外目前發光二極管（LED）所用藍寶石襯底無法與計算機設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域有很好的應用前景。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”，就是他們設計了氮化鈦板層和釔穩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品硅芯片的底層基質（平臺），然后利用其開發的一套緩沖薄膜，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構結合，另一面與底層基質結合來發揮連接作用。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。