Nobelprijswinnaar Novoselov maakt mainstream CMOS met grafeen

Destination 2D – een halfgeleiderstartup met expertise in grafeenprocestechnologie – heeft grafeen succesvol op een wafer kunnen toepassen in CMOS-compatibele procesomstandigheden. Dit maakt het gebruik van grafeen mogelijk in gangbare halfgeleiderproducten. Het bedrijf levert er een kant en klare machine bij.

De Chief Scientist van Destination 2D is Konstantin Novoselov, die in 2004 als eerste grafeen isoleerde en karakteriseerde samen met de Nederlands-Russische Andre Geim, met behulp van een stuk grafiet en plakband. In 2010 kregen ze de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor hun “baanbrekende experimenten met betrekking tot het tweedimensionale materiaal grafeen.” CEO is Ravi Iyengar, een veteraan in het ontwerpen van halfgeleidermicroprocessors die serieel ondernemer werd, en CTO is Kaustav Banerjee, een UC Santa Barbara elektrotechniek professor en de ontwikkelaar van de gepatenteerde grafeen-interconnecttechnologie van het bedrijf. Chief Product Officer Dave Silvetti is een bekroonde veteraan in de halfgeleiderapparatuurindustrie. Hij heeft de credits voor verschillende apparatuurontwerpen in grootschalige CMOS productie.

Eventueel een kop

Hoewel kleine vlokken grafeen makkelijk te produceren zijn, hebben pogingen om het productieproces te schalen voor integratie in mainstream CMOS tot nu toe weinig succes gehad door fab-compatibiliteitsproblemen en zorgen over kwaliteitscontrole.

Grote oppervlakken grafeen synthetiseren, meestal met behulp van chemische damp depositie (CVD) gebaseerde technieken, vereist temperaturen die ver boven het toegestane thermische budget van CMOS interconnect fabricage liggen, en een mechanische verplaatsing van het grafeen dat is ontwikkeld op een metalen substraat naar diëlektrische substraten.

Bovendien is monolaag grafeen een semimetaal met een lage ladingdragerdichtheid, wat resulteert in een hoge plaatweerstand, wat de directe toepasbaarheid ervan voor interconnect-toepassingen verder beperkt. Daarom zijn voor interconnect-toepassingen meerdere lagen van rand-gecontacteerd grafeen samen met geschikte doping vereist.

Dit werd voor het eerst beargumenteerd en gedemonstreerd door Destination 2D’s CTO en zijn team, die vervolgens experimenteerden met vaste-fase diffusietechniek op basis van druk voor het synthetiseren van meerlagig grafeen direct over diëlektrische substraten bij CMOS-temperaturen.

Destination 2D gebruikt intercalatie-gedoteerde en rand-gecontacteerde meerlagig grafeen, dat een lagere weerstand, aanzienlijk betere betrouwbaarheid en tot 80% hogere energie-efficiëntie levert dan koperen interconnects.

Een CMOS-compatibele synthesetechnologie maakt de directe synthese van grafeen op wafer-schaal diëlektrische substraten mogelijk bij temperaturen die aanzienlijk lager zijn dan het CMOS thermische budget. Dit alles wordt bereikt zonder de kromtrekken en scheuren problemen die eerdere grafeen commercialiseringsinspanningen rond CMOS interconnects hebben geplaagd.

Deze ontwerp- en procestechnologie-uitvindingen zijn slechts één aspect van de innovatie. Het andere deel is de CoolC GT300: gespecialiseerde, op industriële schaal gepatenteerde apparatuur die is ontwikkeld door Destination 2D.

De CoolC GT300 implementeert het gepatenteerde grafeensyntheseproces van Destination 2D zonder de traditionele thermische problemen die grafeen in CMOS-toepassingen hebben verhinderd. Deze apparatuur is vanaf nu leverbaar.