Gli ingegneri del MIT “coltivano” transistor atomicamente sottili sopra i chip dei computer

Le immagini per il download sul sito web dell'ufficio notizie del MIT sono rese disponibili a entità non commerciali, stampa e pubblico in generale sotto una licenza Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Non è possibile modificare le immagini fornite, se non ritagliandole a misura. Per la riproduzione delle immagini è necessario utilizzare una linea di credito; se non ne viene fornito uno di seguito, accreditare le immagini a "MIT".

Immagine precedente Immagine successiva

Le applicazioni emergenti dell’intelligenza artificiale, come i chatbot che generano il linguaggio umano naturale, richiedono chip per computer più densi e potenti. Ma i chip semiconduttori sono tradizionalmente realizzati con materiali sfusi, che sono strutture 3D squadrate, quindi impilare più strati di transistor per creare integrazioni più dense è molto difficile.

Tuttavia, i transistor semiconduttori realizzati con materiali 2D ultrasottili, ciascuno con uno spessore di soli tre atomi, potrebbero essere impilati per creare chip più potenti. A tal fine, i ricercatori del MIT hanno ora dimostrato una nuova tecnologia che può “far crescere” in modo efficace ed efficiente strati di materiali dicalcogenuro di metalli di transizione 2D (TMD) direttamente sopra un chip di silicio completamente fabbricato per consentire integrazioni più dense.

La crescita di materiali 2D direttamente su un wafer CMOS di silicio ha rappresentato una sfida importante perché il processo richiede solitamente temperature di circa 600 gradi Celsius, mentre transistor e circuiti in silicio potrebbero rompersi se riscaldati a temperature superiori a 400 gradi. Ora, il team interdisciplinare di ricercatori del MIT ha sviluppato un processo di crescita a bassa temperatura che non danneggia il chip. La tecnologia consente ai transistor a semiconduttore 2D di essere integrati direttamente su circuiti di silicio standard.

In passato, i ricercatori hanno coltivato materiali 2D altrove e poi li hanno trasferiti su un chip o un wafer. Ciò spesso causa imperfezioni che ostacolano le prestazioni dei dispositivi e dei circuiti finali. Inoltre, il trasferimento fluido del materiale diventa estremamente difficile su scala wafer. Al contrario, questo nuovo processo crea uno strato liscio e altamente uniforme su un intero wafer da 8 pollici.

La nuova tecnologia è anche in grado di ridurre significativamente il tempo necessario per coltivare questi materiali. Mentre gli approcci precedenti richiedevano più di un giorno per far crescere un singolo strato di materiali 2D, il nuovo approccio può far crescere uno strato uniforme di materiale TMD in meno di un’ora su interi wafer da 8 pollici.

Grazie alla sua rapida velocità e all’elevata uniformità, la nuova tecnologia ha consentito ai ricercatori di integrare con successo uno strato di materiale 2D su superfici molto più grandi di quanto precedentemente dimostrato. Ciò rende il loro metodo più adatto per l'uso in applicazioni commerciali, dove i wafer da 8 pollici o più sono fondamentali.

"L'uso di materiali 2D è un modo potente per aumentare la densità di un circuito integrato. Quello che stiamo facendo è come costruire un edificio a più piani. Se hai solo un piano, come nel caso convenzionale, non potrà contenere molte persone. Ma con più piani, l'edificio ospiterà più persone che potranno consentire nuove cose straordinarie. Grazie all'integrazione eterogenea su cui stiamo lavorando, abbiamo il silicio come primo piano e poi possiamo avere molti piani di materiali 2D direttamente integrati in cima," afferma Jiadi Zhu, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica e co-autore principale di un articolo su questa nuova tecnica.

Zhu ha scritto l'articolo con il co-autore principale Ji-Hoon Park, un postdoc del MIT; autori corrispondenti Jing Kong, professore di ingegneria elettrica e informatica (EECS) e membro del Laboratorio di ricerca per l'elettronica; e Tomás Palacios, professore di EECS e direttore dei Microsystems Technology Laboratories (MTL); così come altri al MIT, al MIT Lincoln Laboratory, all'Oak Ridge National Laboratory e all'Ericsson Research. L'articolo appare oggi su Nature Nanotechnology.

Materiali sottili con un vasto potenziale