Neuf innovations technologiques pour l'industrie des semi-conducteurs en 2023

Des nouveaux transistors thermiques aux matériaux semi-conducteurs plus rapides, ces innovations technologiques les plus importantes font progresser l’industrie des semi-conducteurs.

1,Introduction du transistor thermique

Un transistor thermique révolutionnaire développé par une équipe de chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles a réalisé une avancée technologique. Il présente un potentiel inégalé en matière de conception au niveau atomique et d’ingénierie moléculaire pour la gestion thermique des puces informatiques. Ce nouveau transistor thermique entièrement solide contrôle avec précision le mouvement thermique à l’intérieur de l’élément semi-conducteur grâce aux effets de champ électrique. En termes de conception au niveau atomique et d’ingénierie moléculaire, la gestion thermique des puces informatiques présente un potentiel sans précédent. Et compatibilité avec les procédés actuels de fabrication de semi-conducteurs. Le transistor a atteint une vitesse de commutation record de plus de 1 mégahertz et a fourni une accordabilité de 1 300 % en termes de conductivité thermique, dépassant les limites précédentes en termes de régulation de conductivité thermique.

2,Mise à niveau de la machine de lithographie EUV d'ASML

En 2023, ASML a livré à Intel sa première machine de lithographie par balayage EUV à haute NA, Twinscan EXE:5000. Le développement collaboratif de l'appareil a commencé en 2018. Intel prévoit de déployer des appareils Twinscan EXE:5200 de qualité commerciale pour une production à grand volume en 2025. L'objectif 0,55NA de la machine de lithographie par balayage High-NA EUV garantit une résolution de 8 nm, ce qui est essentiel pour la production avancée de puces supérieures à 3 nm. En étant la première entreprise à adopter cet appareil de pointe, Intel a acquis un avantage stratégique dans l'établissement de normes industrielles, dépassant potentiellement ses concurrents Samsung et TSMC à l'avenir.

3.Intelligence artificielle pour la conception de puces

Google a choqué l'industrie avec un document de recherche controversé affirmant le pouvoir de l'intelligence artificielle dans la conception des puces. Google affirme que la technologie IA accélère la planification de la configuration des unités de traitement sous-jacentes de ses puces IA en moins de six heures, dépassant de loin celle des experts humains. La puce, baptisée TPU v5, fait désormais polémique. Google affirme que son objectif n'est pas de remplacer les concepteurs humains, mais de démontrer que l'IA peut collaborer à la conception de puces.

4, technologie d'alimentation inverse de puce

Intel introduit prudemment une nouvelle technologie, PowerVia, avec RibbonFET. PowerVia utilise une transmission de puissance arrière, plaçant l'interconnexion de puissance au bas du matériau en silicium, ce qui entraîne une augmentation de 6 % de la fréquence, une conception plus compacte et une consommation d'énergie inférieure de 30 %.L'intégration réussie de PowerVia dans le processus de production d'Intel ouvre la voie à des nœuds 20 A avec transistors FET en bande en 2024, devançant potentiellement des concurrents tels que TSMC et Samsung dans les transistors nanofeuilles et la transmission de puissance arrière.

5. Puce intégrée au laser

Les circuits intégrés photoniques (PIC) ont été largement utilisés, déployés dans des applications telles que les émetteurs-récepteurs optiques à grande vitesse et le LiDAR. Cependant, en raison de l’efficacité lumineuse limitée du silicium, l’intégration du laser sur des puces photoniques en silicium constitue un défi de taille. Le centre de recherche et de développement en nanoélectronique Imec en Belgique a dirigé la recherche. Dans le traitement des puces retournées, le noyau laser est aligné avec précision à une précision submicronique, transféré et lié à une plaquette photonique en silicium.

Il existe de nombreuses façons de transférer le noyau laser, l'une étant la technologie de micro-tampographie, l'utilisation d'adhésifs ou de liaisons moléculaires, l'assemblage et le couplage rapides. Il présente une grande valeur d'application dans les scénarios à haut débit où un grand nombre de composants de niveau 3 à 5 doivent être intégrés. La liaison de tranches est un autre moyen de liaison de 3 à 5 tranches de silicium, qui peut traiter plusieurs dispositifs en parallèle et offre une efficacité plus élevée pour les interfaces optiques.

6,Fusion de photons

Les chercheurs du Congreve Lab de l'Université Stanford sont des pionniers du photochromisme en mettant l'accent sur la conversion haute fréquence, le processus de conversion de deux photons de faible énergie en un photon de haute énergie (fusion de photons). En utilisant la méthode d'annihilation triplet-triplet, qui tire parti des propriétés photosensibles du triplet contenant des métaux lourds, tels que le palladium, l'iridium ou le platine, ainsi que des matériaux activateurs, tels que le rubrène, l'équipe a réussi à émettre efficacement des particules de haute qualité. photons d'énergie. Ce processus convertit les longueurs d'onde de la lumière en longueurs d'onde pouvant être absorbées par les cellules solaires au silicium, c'est-à-dire en convertissant la couleur de la lumière (technologie de changement de couleur). Le processus a été appliqué pour améliorer l’efficacité solaire et peut augmenter l’efficacité solaire de 15 à 20 %.

7,Accélérateur d'électrons au niveau d'une puce

Les physiciens des universités d’Erlangen et de Nuremberg ont réalisé des progrès significatifs dans le domaine des accélérateurs d’électrons de la taille d’une chaîne. En utilisant des matériaux diélectriques pour fabriquer des accélérateurs sur la puce, l'équipe a créé un canal de 225 nanomètres de large et 0,5 millimètre de long qui pourrait augmenter considérablement l'énergie des électrons de 43 % grâce à des impulsions laser infrarouges précisément synchronisées et 733 colonnes de silicium de 2 microns de haut. Cela constitue un grand pas en avant dans le domaine de la physique des accélérateurs, les accélérateurs d’électrons nanophotoniques, qui peuvent être construits à l’aide de techniques standard de salle blanche telles que la lithographie par faisceau d’électrons.

8,Matériaux pour nouveaux semi-conducteurs à grande vitesse

Les scientifiques ont découvert ce qu'ils prétendent être le matériau semi-conducteur le plus rapide et le plus efficace à ce jour, Re6Se8Cl2. Le matériau est composé de rhénium, de sélénium et de chlore, formant des amas appelés « superatomes ». Ces superatomes créent une structure unique dans laquelle les excitons, les états liés des électrons et des trous électroniques, se lient aux phonons au lieu des états de diffusion, ce qui donne naissance à de nouvelles quasiparticules appelées excitons-polarons acoustiques.

9,Problèmes de durabilité des semi-conducteurs : nitrure de gallium et carbure de silicium

En raison des avantages des semi-conducteurs au nitrure de gallium (GaN) et au carbure de silicium (SiC) par rapport à la technologie traditionnelle du silicium, le domaine de l'électronique de puissance connaît un changement radical. Le nitrure de gallium, basé sur le domaine des semi-conducteurs composés, a déclenché un changement révolutionnaire dans le domaine de l'éclairage vers 2001, menant rapidement plus de 50 % du marché mondial de l'éclairage LED au nitrure de gallium. Ce changement réduit non seulement la consommation électrique d’éclairage de 30 à 40 pour cent, mais ouvre également la voie à une révolution plus large dans l’électronique de puissance. Le GaN et le SiC, qui contribuent grandement par leur efficacité et leurs fonctionnalités supérieures, remplacent le silicium dans les applications critiques de l'électronique de puissance. Ces deux matériaux réduisent le gaspillage d’énergie et apportent également d’énormes avantages environnementaux.

Ces nouvelles avancées technologiques, tout en façonnant l’industrie des semi-conducteurs, mettent également en évidence l’orientation du développement de l’industrie des semi-conducteurs dans les prochaines années. Les frontières de la technologie sont constamment repoussées et la seule constante est l’innovation constante.

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