ASML, TSMC en imec zetten stap naar industriële productie van 2D-transistoren

ASML, TSMC en imec hebben flinke progressie gemaakt op het gebied van 2D-transistoren. Hoewel deze transistoren al jaren onderwerp van onderzoek zijn, bleven de meeste resultaten beperkt tot laboratoriumexperimenten. Dankzij atoomdunne alternatieven voor silicium komen praktijktoepassingen nu een stuk dichterbij.

De halfgeleiderindustrie zoekt naar alternatieven voor silicium nu de verdere miniaturisatie van traditionele transistoren steeds lastiger wordt. Een veelbelovende kandidaat zijn zogeheten 2D-materialen: atoomdunne lagen van materialen zoals wolfraamdisulfide (WS₂), molybdeendisulfide (MoS₂) en wolfraamdiselenide (WSe₂). Dankzij hun extreme dunheid kunnen deze ook op zeer kleine schaal goede elektrische eigenschappen behouden.

Een van de grootste uitdagingen is het integreren van deze kwetsbare materialen in bestaande productieprocessen voor chips. De samenwerking tussen ASML, TSMC en imec richt zich daarom niet alleen op de transistoren zelf, maar vooral op de vervaardiging ervan. De partners slaagden erin om essentiële procesmodules, zoals contactstructuren, compatibel te maken met de 300 mm waferproductie die de standaard vormt in geavanceerde chipfabrieken. Daarmee wordt een belangrijke hindernis richting massaproductie weggenomen.

Recordprestaties

Daarnaast presenteerde imec ook transistoren op basis van een enkele laag WSe₂ (wolfraamdiselenide). Deze p-type transistoren leverden recordprestaties en tonen aan dat 2D-materialen een realistisch alternatief kunnen worden voor silicium in toekomstige chips.

Volgens imec zijn nog verdere verbeteringen nodig op het gebied van materiaaldepositie en contactweerstand. Toch laten de resultaten zien dat 2D-transistoren niet langer uitsluitend een academisch onderzoeksgebied zijn, maar langzaam opschuiven richting industriële toepasbaarheid.

De sector ziet 2D-materialen als een mogelijke opvolger van de huidige Gate-All-Around-transistoren en toekomstige CFET-architecturen. Naar verwachting zullen dergelijke technologieën pas in de tweede helft van de jaren dertig of later hun weg vinden naar commerciële chips.