2023 年の半導体産業における 9 つの技術革新

新しいサーマル トランジスタからより高速な半導体材料に至るまで、これらの最も重要な技術革新が半導体産業を前進させています。

1、サーマルトランジスタの紹介

カリフォルニア大学ロサンゼルス校の研究者チームによって開発された革新的なサーマル トランジスタは、技術的なブレークスルーを達成しました。 コンピューターチップの熱管理のための原子レベルの設計と分子工学において比類のない可能性を秘めています。 この新しい全固体サーマル トランジスタは、電界効果を通じて半導体素子内の熱運動を正確に制御します。 原子レベルの設計と分子工学の観点から見ると、コンピューター チップの熱管理には比類のない可能性があります。 また、現在の半導体製造プロセスとの互換性もあります。 このトランジスタは、1 メガヘルツを超える記録破りのスイッチング速度を達成し、熱伝導率の調整に関してこれまでの限界を超える 1300% の調整可能性を実現しました。

2、ASMLのEUV露光機アップグレード

2023 年に、ASML は最初の高 NA EUV スキャニング リソグラフィ マシン、Twinscan EXE:5000 をインテルに納入しました。 このデバイスの共同開発は 2018 年に始まりました。インテルは、2025 年に商用グレードの Twinscan EXE:5200 デバイスを大量生産に導入する予定です。高 NA EUV スキャニング リソグラフィ マシンの 0.55NA レンズは、8nm の解像度を保証します。 3nmを超える高度なチップ製造には不可欠です。 この最先端のデバイスを採用した最初の企業であることで、インテルは業界標準の設定において戦略的優位性を獲得し、将来的にはライバルのサムスンやTSMCを超える可能性があります。

3.チップ設計のための人工知能

Googleは、チップ設計における人工知能の力を主張する物議を醸す研究論文で業界に衝撃を与えた。 Googleは、AIテクノロジーにより、同社のAIチップの基礎となる処理ユニットのレイアウト計画が6時間未満でスピードアップし、人間の専門家による計画をはるかに上回っていると主張している。 TPU v5と呼ばれるこのチップは現在物議を醸している。 Googleは、その目的は人間の設計者に取って代わることではなく、AIがチップ設計で協力できることを実証することだと主張している。

4、チップ逆電源技術

Intel は、RibbonFET とともに新しいテクノロジー PowerVia を慎重に導入しています。 PowerVia は背面電力伝送を使用し、電力相互接続をシリコン素材の底部に配置することで、周波数が 6% 向上し、設計がよりコンパクトになり、消費電力が 30% 削減されます。PowerViaがIntelの製造プロセスに統合できたことで、2024年にはストリップFETトランジスタを備えた20Aノードへの道が開かれ、ナノシートトランジスタや裏面電力伝送の分野でTSMCやSamsungなどの競合他社を上回る可能性がある。

5. レーザー統合チップ

光集積回路 (PIC) は広く使用されており、高速光トランシーバーや LiDAR などのアプリケーションに導入されています。 しかし、シリコンの発光効率には限界があるため、レーザーをシリコンフォトニックチップに統合することは大きな課題です。 ベルギーのナノエレクトロニクス研究開発センター imec が研究を主導した。 フリップチップ処理では、レーザーコアはサブミクロンの精度で正確に位置合わせされ、シリコンフォトニクスウェーハに転写および接合されます。

レーザーコアを転写するには多くの方法があります。その 1 つは、マイクロパッド印刷技術、接着剤または分子結合の使用、迅速な組み立てと結合です。 多数のレベル 3 ～ 5 のコンポーネントを統合する必要がある高スループットのシナリオでは、高いアプリケーション価値があります。 ウェーハ ボンディングは 3 ～ 5 枚のシリコン ウェーハ ボンディングの別の方法であり、複数のデバイスを並行して処理でき、光インターフェースの効率が高くなります。

6、フォトンフュージョン

スタンフォード大学コングリーブ研究所の研究者たちは、高周波変換、つまり 2 つの低エネルギー光子を 1 つの高エネルギー光子に変換するプロセス (光子融合) に焦点を当てたフォトクロミズムの先駆者です。 研究チームは、パラジウム、イリジウム、白金などの重金属やルブレンなどの活性化剤を含む三重項の感光特性を利用する三重項-三重項消滅法を用いて、高濃度の物質を効率よく発光させることに成功した。エネルギー光子。 光の波長をシリコン太陽電池が吸収できる波長に変換する、つまり光の色を変換するプロセス（色変換技術）です。 このプロセスは太陽光効率を向上させるために適用されており、太陽光効率を15〜20％向上させることができます。

7、チップレベル電子加速器

エアランゲン大学とニュルンベルク大学の物理学者は、鎖サイズの電子加速器で大きな進歩を遂げました。 誘電体材料を使用してチップ上に加速器を作り、研究チームは幅225ナノメートル、長さ0.5ミリメートルのチャネルを作成した。これにより、正確にタイミングを合わせた赤外線レーザーパルスと高さ2ミクロンの733本のシリコン柱によって電子エネルギーを43パーセント大幅に増加させることができる。 これは、電子ビームリソグラフィーなどの標準的なクリーンルーム技術を使用して構築できるナノフォトニック電子加速器という加速器物理学の分野に大きな進歩をもたらします。

8、新しい高速半導体用材料

科学者たちは、これまでで最も高速かつ効率的な半導体材料であると主張する Re6Se8Cl2 を発見しました。 この物質はレニウム、セレン、塩素で構成され、「超原子」として知られるクラスターを形成します。 これらの超原子は、電子と正孔の束縛状態である励起子が散乱状態ではなくフォノンに結合する独特の構造を形成し、音響励起子ポーラロンと呼ばれる新しい準粒子が形成されます。

9、半導体の持続可能性の問題: 窒化ガリウムと炭化ケイ素

従来のシリコン技術に対する窒化ガリウム (GaN) および炭化ケイ素 (SiC) 半導体の利点により、パワー エレクトロニクスの分野は大きな変化を迎えています。 化合物半導体の分野に基づく窒化ガリウムは、2001 年頃に照明分野に革命的な変化を引き起こし、急速に世界の窒化ガリウム LED 照明市場の 50% 以上をリードしました。 この変化は、照明の電力消費量を 30 ～ 40% 削減するだけでなく、パワー エレクトロニクスにおけるより広範な革命への準備を整えます。 GaN と SiC は、優れた効率と機能により大きく貢献しており、重要なパワー エレクトロニクス アプリケーションにおいてシリコンに取って代わりつつあります。 これら 2 つの材料はエネルギーの無駄を削減し、環境に大きなメリットをもたらします。

これらの新たな技術の進歩は、半導体産業を形成すると同時に、今後数年間の半導体産業の発展の方向性を浮き彫りにします。 テクノロジーの限界は常に破られ続けていますが、唯一変わらないのは絶え間ないイノベーションです。

Fountyl Technologies PTE Ltdは半導体製造業界に焦点を当てており、主な製品にはピンチャック、多孔質セラミックチャック、セラミックエンドエフェクタ、セラミック角形ビーム、セラミックスピンドルが含まれます。お問い合わせと交渉を歓迎します！