China claimt grote sprong voorwaarts in 2D-halfgeleiderwafertechnologie

Chinese wetenschappers hebben een doorbraak bereikt in de wereld van halfgeleiders, meldt de South China Morning Post (SCMP). De nieuwe 12-inch wafers zijn slechts één atoom dik (2D) en kunnen goedkoop worden geproduceerd, aldus de makers.

Vanwege zijn dunheid vertoont het nieuwe 2D-materiaal superieure halfgeleidende eigenschappen. Het team van wetenschappers werd echter geconfronteerd met uitdagingen als het ging om het opschalen van de wafers en het produceren ervan in grote hoeveelheden. “We hebben bewezen dat het wetenschappelijk haalbaar is”, zegt professor Liu Kaihui van de Universiteit van Peking.

Zoals gerapporteerd in een studie gepubliceerd in Science Bulletin, bieden de nieuwe wafers enkele kritische verbeteringen ten opzichte van bestaande siliciumchips. “Als siliciumtransistors dunner worden gemaakt, wordt hun [spanningsregeling] slechter. Er zal stroom blijven bestaan, zelfs als het apparaat niet werkt. Dit brengt extra energiekosten en warmteopwekking met zich mee”, aldus Liu.

Het nieuwe 2D-materiaal bestaat uit kristallijne vaste stoffen met één of meerdere atoomlagen. Vanwege de natuurlijke dikte op atomair niveau bezitten de wafers unieke fysieke eigenschappen en hebben ze potentiële toepassingen in hoogwaardige elektronische apparaten. “Een transistor opgebouwd uit een enkele laag molybdeendisulfide (MoS₂₎ met een dikte van ongeveer een nanometer, presteert vele malen beter dan een wafer met dezelfde dikte van silicium.

“Sommige 2D-materialen worden beschouwd als een essentieel materiaalsysteem voor een geïntegreerd circuit van 1 nm en kleiner. Ze worden ook door de industrie erkend als kanshebbers om de wet van Moore voort te zetten, of zelfs verder te gaan, waarbij het aantal transistors in een geïntegreerde schakeling ongeveer elke twee jaar verdubbelt”, zei hij.

Tot nu toe hebben wetenschappers echter moeite om wafers van 2D-materiaal te fabriceren met een hoge uniformiteit en prestaties, ook al kunnen 2D-materialen op elke laag afzonderlijk voorkomen. De nieuwe wafers kunnen laag voor laag worden gestapeld, waarbij materialen als grafeen of overgangsmetaaldichalcogeniden (TMD’s) zoals molybdeendisulfide, wolfraamdisulfide, molybdeendiselenide en wolfraamdiselenide kunnen worden toegepast.