Новый полупроводниковый стартап Destination 2D объявил, что успешно осуществил синтез высококачественного графена в масштабе пластины в условиях, совместимых с CMOS-технологиями.
Проблемы, с которыми сталкивается полупроводниковая промышленность в связи с межсоединениями, в значительной степени обусловлены постоянным уменьшением технологических процессов. Стандартный материал для межсоединений, медь, используется уже 30 лет и в настоящее время подходит к концу своего срока службы из-за безжалостной тирании закона Мура и технических проблем, которая делает медь крайне проблематичной при изготовлении микросхем с малой геометрией.
При размерах межсоединений менее 15 нм удельное сопротивление меди быстро возрастает, что приводит к значительному снижению производительности как на уровне схемы, так и на системном уровне, а также к резкому ухудшению всех показателей надёжности, необходимых для современных полупроводниковых устройств, таких как графические процессоры, центральные процессоры и другие.
Графен — это аллотроп углерода, состоящий из одного слоя атомов углерода, расположенных в гексагональной плоской и атомарно-тонкой — то есть двумерной — наноструктуре. Название «графен» происходит от «графит», а суффикс -ен указывает на наличие двойных связей в структуре углерода. Графен известен своей исключительно высокой прочностью на разрыв, электропроводностью и тем, что является самым тонким двумерным материалом в мире. В микроскопическом масштабе графен является самым прочным из когда-либо измеренных материалов — он намного прочнее стали.
В 2010 году Новоселов (ныне главный научный сотрудник Destination 2D) и Гейм были совместно удостоены Нобелевской премии по физике за «прорывные эксперименты с двумерным материалом графеном».
Хотя крошечные чешуйки графена легко получить, попытки масштабировать производственный процесс для интеграции в серийные CMOS-процессоры не увенчались успехом из-за проблем с совместимостью и контролем качества.
Синтез графена на больших площадях, как правило, с использованием методов химического осаждения из газовой фазы (CVD), требует высоких температур, которые значительно превышают допустимый температурный режим при изготовлении межсоединений CMOS-схем, а также механического «переноса» графена, выращенного на металлической подложке, на диэлектрические подложки.
Кроме того, чистый (монослойный) графен является полуметаллом с низкой плотностью носителей заряда, что приводит к высокому сопротивлению, что ещё больше ограничивает его непосредственное применение в межсоединении. Поэтому для межсоединений требуется несколько слоёв графена с краевым контактом и подходящая «интеркалирующая легирующая присадка».
Впервые это было теоретически обосновано и экспериментально продемонстрировано техническим директором Destination 2D и его командой, которые впоследствии стали первопроходцами в области твердофазной диффузии под давлением для синтеза многослойного графена непосредственно на диэлектрических подложках при температурах, совместимых с CMOS-технологиями.
Инновационная технология межсоединений Destination 2D, совместимая с CMOS-технологиями, достигается за счёт многослойного графена с интеркаляцией и краевыми контактами, который обеспечивает более низкое удельное сопротивление, значительно более высокую надёжность и до 80% более высокую энергоэффективность по сравнению с медными межсоединениями.
Технология синтеза, совместимая с CMOS — схемами, позволяет напрямую синтезировать графен на диэлектрических подложках размером с пластину при температурах, значительно ниже допустимых для CMOS-схем. При этом не возникает проблем с деформацией и растрескиванием, которые мешали предыдущим попыткам коммерциализации графена на CMOS-схемах.
Эти изобретения в области дизайна и технологических процессов, защищённые несколькими ключевыми патентами, являются лишь одним из аспектов революционных инноваций Destination 2D. Другим не менее важным компонентом является CoolC GT300 — специализированное запатентованное оборудование промышленного масштаба, разработанное Destination 2D.
CoolC GT300 реализует запатентованный компанией Destination 2D процесс синтеза графена без традиционных проблем с теплоотводом, которые не позволяли использовать графен в CMOS-приложениях.