Un gruppo di ricercatori ha sviluppato una nuova tecnica che potrebbe rivoluzionare il processo di produzione di chip avanzati, consentendo il controllo preciso della crescita di cristalli semiconduttori bidimensionali (2D). Questo studio è stato pubblicato il 7 ottobre sulla rivista Nature ed è firmato da un team composto da scienziati della KAIST e della startup sudcoreana TDS Innovation.
La tecnica prevede l’uso di un flusso di incisione per sopprimere la formazione di nuovi cristalli in tutte le aree di crescita modulate, eccetto che nel centro geometrico di ciascuna di esse. Questo approccio mira a risolvere un problema cruciale nella produzione di semiconduttori, dove i cristalli 2D tendono a formarsi in punti casuali, creando confini tra di essi che compromettono le prestazioni elettriche.
Innovazioni nella crescita dei semiconduttori
I materiali semiconduttori bidimensionali, noti per la loro struttura atomica sottile, includono il grafene e i disolfuri di metallo di transizione (TMD), come il disolfuro di molibdeno (MoS₂), che possiedono un gap elettronico e sono studiati per future applicazioni nei transistor e in altre piccole tecnologie. La nuova tecnica, definita “nucleazione monocentrica mediata da incisione (EF-SCN)”, utilizza l’ossigeno proveniente da una barriera di ossido che crea un flusso di incisione laterale, limitando la nucleazione ai centri dei modelli di crescita.
Risultati promettenti
Grazie a questo innovativo approccio, i ricercatori sono riusciti a costruire transistor a effetto di campo (FET), fondamentali per i moderni chip, ottenendo una mobilità degli elettroni superiore rispetto a quella precedentemente registrata per i transistor di MoS₂ a crescita selettiva.
In un test effettuato su un substrato di due centimetri, il processo ha prodotto cristalli singoli in 397 dei 400 siti campionati, raggiungendo una percentuale di successo del 99,3%. Questi risultati sono promettenti per la scalabilità, anche se non rappresentano ancora una dimostrazione della produzione commerciale di chip.
Kibum Kang, co-autore dello studio e co-CEO di TDS Innovation, ha dichiarato che la possibilità di impilare dispositivi semiconduttori 2D su chip di silicio potrebbe avvicinare la logica alla memoria, aumentando le funzionalità in uno spazio ridotto e migliorando l’efficienza nel trasferimento dei dati.
I materiali semiconduttori bidimensionali sono attualmente oggetto di indagini anche per i transistor a effetto di campo complementari (CFET), che prevedono un’accumulazione verticale dei transistor di tipo n e p. Questo modello tridimensionale è stato illustrato da aziende come IBM e Intel.
“Costruendo su questa capacità di controllare l’origine della crescita dei cristalli, formeremo cristalli singoli 2D di alta qualità uniformemente nei punti desiderati, sviluppando un processo semiconduttore di nuova generazione”, ha concluso Kang. Il team di TDS Innovation punta a rendere disponibili i semiconduttori 2D per uso commerciale entro il 2030, con l’aspettativa che la domanda crescente dall’intelligenza artificiale possa accelerare l’adozione della tecnologia.
