Siliciumhalfgeleidertechnologie heeft wonderen gedaan voor de vooruitgang van onze samenleving, die enorm heeft geprofiteerd van het veelzijdige gebruik en de verbazingwekkende mogelijkheden. De ontwikkeling van elektronica, automatisering, computers, digitale camera's en recente smartphones op basis van dit materiaal en de onderliggende technologie zijn omhooggeschoten, het verkleinen van de fysieke grootte van apparaten en draden tot het nanometerregime.

Hoewel deze technologie zich sinds het einde van de jaren zestig ontwikkelt, de miniaturisering van circuits lijkt een mogelijk eindpunt te hebben bereikt, aangezien transistors alleen kunnen worden verkleind tot een bepaalde grootte en niet verder. Dus, er is een dringende behoefte om Si CMOS-technologie aan te vullen met nieuwe materialen, en om te voldoen aan de toekomstige computervereisten en aan de behoeften aan diversificatie van toepassingen.

Nutsvoorzieningen, grafeen en verwante tweedimensionale (2-D) materialen bieden vooruitzichten voor ongekende vooruitgang in apparaatprestaties op de atomaire limiet. Hun verbazingwekkende potentieel is een mogelijke oplossing gebleken om de beperkingen van siliciumtechnologie te overwinnen, waar de combinatie van 2D-materialen met siliciumchips belooft de huidige technologische beperkingen te overtreffen.

In een nieuw overzichtsartikel in Natuur , een team van internationale onderzoekers waaronder ICFO-onderzoekers Dr. Stijn Goossens en ICREA Prof bij ICFO Frank Koppens, en industriële leiders van IMEC en TSMC zijn samengekomen om een ​​diepgaande en grondige beoordeling te geven van de kansen, vooruitgang en uitdagingen bij het integreren van atomair dunne materialen met op Si gebaseerde technologie. Ze bieden inzicht in hoe en waarom 2D-materialen (2DM's) de huidige uitdagingen van de bestaande technologie kunnen overwinnen en hoe ze zowel de functie als de prestaties van apparaatcomponenten kunnen verbeteren. om de kenmerken van toekomstige technologieën te versterken, op het gebied van computationele en niet-computationele toepassingen.

Voor niet-computationele toepassingen, zij bekijken de mogelijke integratie van deze materialen voor toekomstige camera's, optische datacommunicatie met laag vermogen en gas- en biosensoren. Vooral, beeldsensoren en fotodetectoren, zijn gebieden waar grafeen en 2DM's naast het zichtbare bereik van het spectrum een ​​nieuwe visie in het infrarood- en terahertz-bereik mogelijk kunnen maken. Deze kunnen dienen, bijvoorbeeld, in autonome voertuigen, beveiliging op luchthavens en augmented reality.

Voor rekensystemen, en met name op het gebied van transistors, ze laten zien hoe uitdagingen zoals doping, contactweerstand en diëlektrica/inkapseling kunnen worden verminderd bij integratie van 2DM's met Si-technologie. 2DM's kunnen ook geheugen- en gegevensopslagapparaten radicaal verbeteren met nieuwe schakelmechanismen voor meta;-isolator-metaalstructuren, vermijd sluipstromen in geheugenarrays, of zelfs prestatieverbeteringen van op koperdraad gebaseerde circuits door grafeen aan de ultradunne koperen barrièrematerialen te hechten en zo de weerstand te verminderen, verstrooiing en zelfverhitting.

De beoordeling geeft alle belanghebbenden inzicht in de uitdagingen en impact van het oplossen van de 2D-materiaalintegratie met CMOS-technologie. Het biedt een roadmap van 2D-integratie en CMOS-technologie, het bepalen van het stadium waarin alle uitdagingen op het gebied van groei, overdracht, koppel, doping, contact opnemen, en ontwerp staan ​​er op dit moment en welke mogelijke processen zullen naar verwachting worden opgelost om dergelijke doelen te bereiken, namelijk de overgang van een onderzoekslaboratoriumomgeving naar een pilootlijn voor de productie van de eerste apparaten die beide technologieën combineren.

De eerste 2D materiaal-CMOS roadmap, zoals gepresenteerd in deze recensie, geeft een spannend kijkje in de toekomst, met de eerste proefproductie die over een paar jaar te verwachten is.