Zephyrnet-logotyp

Power / Performance Bits: 28 juni

Datum:

Att göra enhetliga wafers

Forskare från Korea Institute of Machinery & Materials (KIMM) och Nanyang Technological University Singapore (NTU Singapore) föreslår en teknik som kombinerar nanotransferutskrift med metallassisterad kemisk etsning för att förbättra wafer enhetlighet och öka avkastningen.

Forskarna använde en kemikaliefri nanotransfer-tryckteknik som överför guldnanostrukturskikt till ett kiselsubstrat vid låg temperatur (160 °C) för att bilda en mycket enhetlig wafer med nanotrådar som kan styras till önskad tjocklek under tillverkningen. Teamet sa att trycktekniken fungerar genom att utlösa direkt kemisorption av de tunna metallfilmerna under värme, en kemisk reaktion som skapar en stark bindning mellan en substratyta och ämnet som adsorberas.

Tekniken är kompatibel med industriella processer och gör att en wafer kan tillverkas snabbt och enhetligt i skala, från nanometer till tum. Dessutom fann forskarna att den tillverkade wafern är nästan defektfri. I labbtester kunde teamet uppnå mer än 99 % utbyteöverföring av en 20 nanometer tjock Au-film till en sex-tums Si-wafer. Denna utskrivbara waferstorlek var begränsad till laboratorieinställningen, och teamet tror att deras teknik lätt kan skalas upp för användning på en tolvtums wafer.

När metoden användes för att tillverka en sex-tums skiva förblev det tryckta lagret intakt med minimal böjning under etsningen. Fotodetektorer tillverkade på wafern visade enhetlig prestanda.

"Tekniken som tagits fram av forskargruppen från KIMM och NTU har visat sig vara effektiv för att skapa wafer med utmärkt enhetlighet, vilket leder till färre defekta halvledarchips. Verkligheten med global chiptillförsel är dess sårbarhet för många externa faktorer, inklusive brist på material och oväntade händelser som avbrott i leveranskedjan orsakade av covid-19-pandemin. Vår nyutvecklade metod har alltså stor potential att i framtiden lindra spänningen på den globala flisförsörjningen genom att öka flisutbytet. Dessutom kan chiptillverkare också åtnjuta högre kostnadseffektivitet med högre avkastning, säger Munho Kim, biträdande professor från School of Electrical and Electronic Engineering vid NTU.

Forskargruppen har ansökt om patent i Korea och Singapore. Därefter siktar de på att skala upp sin teknik med en industriell partner för kommersialisering inom de närmaste åren.

GaN-baserade CMOS-kretsar

Forskare från Hong Kong University of Science and Technology utvecklade galliumnitrid (GaN) baserad CMOS logiska kretsar som kan ha potential att minska strömförbrukningen för den logiska styrenheten i omvandlingskraftsystem med 20-30 %.

"Vi analyserade den teoretiska hastighetsgränsen och energieffektiviteten för GaN CMOS-teknik, baserat på materialegenskaperna hos GaN och de lättillgängliga tillverkningsteknikerna på 8-tumslinjer. Vi fann att enstegs logikgrindfördröjningen, även med en relativt pessimistisk uppskattning, kan vara kortare än 1 nanosekund genom processoptimering och enhetsnedskalning för GaN CMOS-kretsar på kommersiella plattformar”, säger Kevin J. Chen, ordförande professor i avdelningen för elektronik- och datateknik vid HKUST.

"Även om detta fortfarande är långsammare än de senaste, höghastighets-CMOS-kretsarna, uppfyller det bekvämt kraven för GaN-baserade effektomvandlingssystem, vars driftsfrekvens i allmänhet inte överstiger 10 MHz."

Chen tillade, "Med GaN-baserade CMOS-kretsar som implementerar perifera kretsar såsom styrenhet, drivrutin och diverse sensorer, kan effektförlusten av logiska block reduceras avsevärt med mer än 3 storleksordningar. Som ett resultat kan den totala strömförbrukningen för den logiska styrenheten i kraftsystemet minskas med 20-30%. Nedskalning och gate stack engineering av p-FET förväntas ytterligare förbättra prestandan och påskynda kommersialiseringstakten för GaN CMOS logikkretsteknologi."

Inställbart fotoniskt gränssnitt på chip

Forskare från University of Chicago utvecklade en inställbart fotoniskt gränssnitt på chip som kan leda ljus i en riktning genom att koppla ljus begränsat i en nanofotonisk vågledare med en atomärt tunn, tvådimensionell halvledare.

Teamet använde det tvådimensionella materialet volframdiselenid. "De unika egenskaperna hos materialets bandstruktur gör det möjligt för det att interagera med ljus på olika sätt baserat på heliciteten av ljusets polarisering. I nanofotoniska strukturer, där ljus är begränsat under sin våglängd, uppstår cirkulär polarisering naturligt, och heliciteten är låst till ljusets utbredningsriktning”, konstaterade forskarna.

Ljus som emitteras från volframdiseleniden kommer att kopplas in i vågledaren i en föredragen riktning. Detta kan också slås på och av genom att lägga till elektroner i systemet, vilket skapar en inställbar emissionsrouter.

"Vi har hittat ut en skalbar metod för att sätta samman fotonik och 2D-halvledare på ett sätt som lägger till nya kontrollrattar och bevarar den höga kvaliteten på det känsliga materialet", säger Robert Shreiner, doktorand vid University of Chicago. "Det här gränssnittet öppnar nya dörrar för att designa ultrakompakta, enkelriktade fotoniska enheter."

Forskarna sa att enheten kan användas för att hjälpa till att integrera fotoniska element i befintliga optoelektroniska system, såsom on-chip-lasrar för lidar. "Vi ser den här forskningen som banar väg mot en helt ny klass av integrerade fotoniska kretsar", säger Alex High, biträdande professor vid University of Chicago.

Kai Hao, en postdoktor vid University of Chicago, tillade: "Vi använder redan fotonik för att överföra information över hela landet i fiberoptiska nätverk, men framsteg som detta kan hjälpa till att fullständigt kontrollera ljusflödet på nanoskala, och därmed förverkliga på- chipoptiska nätverk.”

Jesse Allen

Jesse Allen

  (alla inlägg)

Jesse Allen är Knowledge Center-administratör och seniorredaktör på Semiconductor Engineering.

plats_img

Senaste intelligens

plats_img