比硅更好的半导体材料,现在集成电路的半导体材料已经用砷化镓取代了硅

如今芯片的应用十分广泛,已经渗透到生活的方方面面,大到机器、设备、飞机、新能源汽车,小到智能电视和手机,他们都离不开指甲盖大小的芯片,不过芯片的制造过程却十分繁琐,光是硅片的提纯就难倒众多英雄汉。

如今,芯片应用广泛,已经渗透到生活的方方面面,从机器、设备、飞机、新能源汽车到智能电视、手机。它们都离不开指甲大小的芯片。但是芯片的制造过程非常繁琐,光是硅片的提纯就难倒了很多英雄。

半导体材料新方向,云南大学发现最佳芯片材料,比硅片强好多

到目前为止,只有少数欧美公司能够生产出高纯度的硅片,而随着未来芯片产量越来越低,硅片中暴露出的缺陷也越来越多,也就是说硅片已经不能满足未来芯片的发展需求。因此,许多科研机构和高等院校都在开发新的半导体材料。近日,中国云南大学率先研发出最新的半导体材料硫化铂。

众所周知,硅片的局限性越来越大,暴露出的缺陷也越来越多。首先,硅片的提纯越来越难。为了制造芯片,需要非常高纯度的硅片。芯片工厂需要大尺寸硅片来降低生产成本。然而,尺寸越大,提纯硅片就越困难。因此,大尺寸硅片的制造技术被几家寡头垄断,也导致芯片制造成本居高不下。

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其次,硅片性价比不高。硅片的性能远低于碳基芯片,但功耗却高于碳基芯片。基于碳材料的成熟,芯片的性能和功耗与7纳米硅基芯片相当,显示出探测芯片的无限潜力。此外,目前的芯片制造将达到硅片的物理极限。由于硅片的物理特性,许多科学家断言,基于硅片的最先进工艺很可能停留在两纳米。

最后,硅基芯片的生产线成本太高。目前,硅基芯片的制造需要大量的高精度设备。工艺越先进,需要的设备越多,投入越大。一条先进的生产线往往需要数百亿美元,这已经超过了许多中小国家的预算。

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基于以上原因,相关企业和高校开发半导体新材料势在必行。为了保持其优势,TSMC选择铋作为半金属材料。作为世界芯片代工巨头,TSMC早就知道硅基芯片的局限性,他们也早就在寻找硅芯片的替代品,希望延续TSMC在芯片制造领域的领先地位。

但是,铋的缺点也非常明显。首先,地球上铋的含量很少。据有关单位统计,世界上铋的含量只有30多万吨,比银还要稀少。而且,铋大部分位于中国。其次,铋的提纯过程非常复杂,提纯后的铋非常软,所以在铋上雕刻电路图非常困难。

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而且TSMC被西方资本控制,自然不希望原材料被我们控制。因此,铋最终可能会死亡。除了铋之外,还有一种受到研究者青睐的碳基材料,那就是石墨烯,它有很大的优势和潜力,但石墨烯也有一些缺点,比如对光源的吸收能力较低,目前还处于实验室阶段,难以大规模生产,成本也无法降低。

来自云南大学的杨鹏团队针对石墨烯的缺点,找到了一种新的方法,找到了一种类似石墨烯的材料硫化铂。作为一种类石墨烯材料,它既继承了石墨烯的优点,又完美地避免了它的一些缺点。第一,硫化铂取之不尽,用之不竭。硫化铂是一种可以通过简单的化学反应得到的化合物,所以完全不用担心硫化铂的来源。

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其次,硫化铂的提纯相对容易,不同于硅片的提纯难度。化学反应可以得到硫化铂,只要化学反应严谨,硫化铂的纯度基本可以得到保证。第三,基于硫化铂的芯片开发更简单,周期会大大缩短,可以节省很多

第四,硫化铂芯片的性能更好,硫化铂很好的保持了石墨烯的特性。基于硫化铂制造的芯片性能和功耗与两代先进硅基芯片相当。第五,有了硫化铂这种新型半导体材料,芯片生产线不再需要那么多的工艺和机器,说明硫化铂的性价比很高。

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正是因为其含量高、易提纯、性能好等特点。许多专家认为硫化物是未来的半导体。

材料的首选或许半导体材料和设备长期被西方国家把持,半导体发展的方向也被他们所主导,如今通过云南大学科研工作者的努力,我们首次在半导体材料上追平西方国家,为以后国产芯片的发展奠定了坚实基础。

对于国内的半导体从业人员来说,突破技术瓶颈、追赶西方先进技术并实现反超是他们奋斗的目标,而半导体材料就是最关键的地基,之后的芯片设计和制造风色都是基于芯片材料,也就是说芯片材料就相当于之后的半导体标准,而掌握了标准就等于获得了先机。

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当然云南大学只是一个开始,我们在半导体领域还有很多短板,距离世界先进水平还有很大差距,我们还需要几十座云南大学,需要几百个杨鹏团队的不懈努力才能在芯片领域内拔得头筹。

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