整合维度以更好地利用摩尔定律和先进电子学

摩尔定律是电子设备的基本缩放原则，该定律预测芯片上的晶体管数量每两年将增加一倍，从而确保更强的计算能力-但存在限制。

今天最先进的芯片在一个不比你的拇指指甲大的空间里容纳了近500亿个晶体管。据宾夕法尼亚州立大学的研究人员称，在有限的空间内塞入更多的晶体管已经变得越来越困难。

在今天(1月10日)发表在《科学》杂志上的一项研究中自然工程科学和力学副教授、该研究的共同通讯作者萨普塔希·达斯和他的团队提出了一个补救措施:无缝实现与2D材料的3D集成。

在半导体领域，3D集成意味着垂直堆叠多层半导体器件。这种方法不仅有利于将更多的硅基晶体管封装到计算机芯片上，通常被称为“更多摩尔”，而且还允许使用由2D材料制成的晶体管在堆栈的不同层中集成不同的功能，这一概念被称为“不止摩尔”

通过研究中概述的工作，Saptarshi和团队展示了超越扩展当前技术的可行路径，以通过单片3D集成实现更多的摩尔和更多的摩尔。与堆叠独立制造的层的传统工艺相比，单片3D集成是一种制造工艺，其中研究人员直接在下面的一个上制造设备。

“单片3D集成提供了最高密度的垂直连接，因为它不依赖于两个预先图案化的芯片的结合-这需要两个芯片结合在一起的微凸块-所以你有更多的空间进行连接，”工程科学和力学研究生研究助理Najam Sakib说。该研究的合著者。

然而，工程科学和力学研究生研究助理兼该研究的共同通讯作者达尔西斯·贾亚昌德兰(Darsith Jayachandran)表示，单片3D集成面临重大挑战，因为传统的硅组件会在加工温度下熔化。

Jayachandran说:“一个挑战是硅基芯片后端集成的工艺温度上限为450摄氏度(C)-我们的单片3D集成方法将这一温度大幅降至200摄氏度以下。”他解释说，工艺温度上限是在损坏预制结构之前允许的最高温度。“不兼容的工艺温度预算使与硅片的单片3D集成充满挑战，但2D材料可以承受工艺所需的温度。”

来源: Materials provided by Penn State. Original written by Jamie Oberdick and Ashley WennersHerron.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Darsith Jayachandran, Rahul Pendurthi, Muhtasim Ul Karim Sadaf, Najam U Sakib, Andrew Pannone, Chen Chen, Ying Han, Nicholas Trainor, Shalini Kumari, Thomas V. Mc Knight, Joan M. Redwing, Yang Yang, Saptarshi Das. Three-dimensional integration of two-dimensional field-effect transistors. Nature, 2024; 625 (7994): 276 DOI: 10.1038/s41586-023-06860-5