Dziewięć innowacji technologicznych dla branży półprzewodników w 2023 roku

Od nowych tranzystorów termicznych po szybsze materiały półprzewodnikowe – te najważniejsze innowacje technologiczne napędzają przemysł półprzewodników do przodu.

1,Wprowadzenie tranzystora termicznego

Rewolucyjny tranzystor termiczny opracowany przez zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles dokonał przełomu technologicznego. Ma niezrównany potencjał w projektowaniu na poziomie atomowym i inżynierii molekularnej w zakresie zarządzania ciepłem chipów komputerowych. Ten nowy, całkowicie półprzewodnikowy tranzystor termiczny precyzyjnie kontroluje ruch termiczny wewnątrz elementu półprzewodnikowego poprzez efekty pola elektrycznego. Jeśli chodzi o projektowanie na poziomie atomowym i inżynierię molekularną, zarządzanie temperaturą w chipach komputerowych ma niezrównany potencjał. Oraz kompatybilność z obecnymi procesami produkcji półprzewodników. Tranzystor osiągnął rekordową prędkość przełączania powyżej 1 megaherca i zapewnił 1300% przestrajalność pod względem przewodności cieplnej, przekraczając dotychczasowe ograniczenia w zakresie regulacji przewodności cieplnej.

2,Aktualizacja maszyny litograficznej EUV do ASML

W 2023 roku firma ASML dostarczyła firmie Intel swoją pierwszą maszynę do litografii skanującej High-NA EUV, Twinscan EXE:5000. Wspólny rozwój urządzenia rozpoczął się w 2018 r. Intel planuje wdrożyć komercyjne urządzenia Twinscan EXE:5200 do masowej produkcji w 2025 r. Soczewka 0,55NA maszyny do litografii skanującej High-NA EUV gwarantuje rozdzielczość 8 nm, czyli niezbędne do zaawansowanej produkcji chipów powyżej 3 nm. Będąc pierwszą firmą, która wprowadziła to najnowocześniejsze urządzenie, Intel zyskał strategiczną przewagę w wyznaczaniu standardów branżowych, potencjalnie przewyższając w przyszłości rywali Samsunga i TSMC.

3.Sztuczna inteligencja do projektowania chipów

Google zszokował branżę kontrowersyjnym artykułem badawczym potwierdzającym siłę sztucznej inteligencji w projektowaniu chipów. Google twierdzi, że technologia sztucznej inteligencji przyspiesza planowanie układu podstawowych jednostek przetwarzających chipy AI w mniej niż sześć godzin, znacznie przekraczając możliwości, jakie wykonują eksperci-ludzie. Chip nazwany TPU v5 budzi obecnie kontrowersje. Google twierdzi, że jego celem nie jest zastąpienie ludzkich projektantów, ale pokazanie, że sztuczna inteligencja może współpracować przy projektowaniu chipów.

4, technologia odwrotnego zasilania chipów

Intel ostrożnie wprowadza nową technologię PowerVia wraz z RibbonFET. PowerVia wykorzystuje tylną transmisję mocy, umieszczając interkonekt mocy na spodzie materiału krzemowego, co skutkuje 6-procentowym wzrostem częstotliwości, bardziej zwartą konstrukcją i 30-procentowym niższym zużyciem energii.Pomyślna integracja PowerVia z procesem produkcyjnym firmy Intel otwiera drogę dla węzłów 20 A z paskowymi tranzystorami FET w 2024 r., potencjalnie wyprzedzając konkurentów, takich jak TSMC i Samsung, w zakresie tranzystorów nanoarkuszowych i tylnego przesyłu mocy.

5. Zintegrowany chip laserowy

Fotoniczne układy scalone (PIC) są szeroko stosowane w zastosowaniach takich jak szybkie optyczne transceivery i LiDAR. Jednak ze względu na ograniczoną skuteczność świetlną krzemu, integracja lasera z krzemowymi chipami fotonicznymi stanowi duże wyzwanie. Badaniami kierowało Centrum Badawczo-Rozwojowe Nanoelektroniki Imec w Belgii. W przetwarzaniu typu flip chip rdzeń lasera jest precyzyjnie ustawiany z dokładnością submikronową, przenoszony i łączony z krzemową płytką fotoniczną.

Istnieje wiele sposobów przenoszenia rdzenia lasera, jednym z nich jest technologia mikrotapodruku, zastosowanie klejów lub klejenia molekularnego, szybki montaż i łączenie. Ma wysoką wartość aplikacyjną w scenariuszach o dużej przepustowości, gdzie należy zintegrować dużą liczbę komponentów poziomu 3-5. Łączenie płytek krzemowych to kolejny sposób łączenia płytek krzemowych 3-5, który umożliwia równoległe przetwarzanie wielu urządzeń i zapewnia wyższą wydajność interfejsów optycznych.

6,Fuzja fotonów

Naukowcy z laboratorium Congreve Lab na Uniwersytecie Stanforda są pionierami fotochromizmu, koncentrując się na konwersji częstotliwości górnej, czyli procesie przekształcania dwóch fotonów o niskiej energii w jeden foton o wysokiej energii (Photon Fusion). Stosując metodę anihilacji triplet-triplet, która wykorzystuje światłoczułe właściwości tripletu zawierającego metale ciężkie, takie jak pallad, iryd czy platyna, a także materiały aktywujące, takie jak rubren, zespół osiągnął wydajną emisję wysoko- fotony energii. Proces ten przekształca długości fal światła w długości fal, które mogą zostać pochłonięte przez krzemowe ogniwa słoneczne, czyli przekształca kolor światła (technologia zmiany koloru). Proces ten został zastosowany w celu poprawy wydajności energii słonecznej i może zwiększyć wydajność energii słonecznej o 15-20%.

7,Akcelerator elektronów na poziomie chipa

Fizycy z uniwersytetów w Erlangen i Norymberdze poczynili znaczące postępy w dziedzinie akceleratorów elektronów o rozmiarach łańcuchowych. Wykorzystując materiały dielektryczne do wykonania akceleratorów w chipie, zespół stworzył kanał o szerokości 225 nanometrów i długości 0,5 milimetra, który może znacząco zwiększyć energię elektronów o 43 procent dzięki precyzyjnie dobranym w czasie impulsom lasera w podczerwieni i 733 kolumnom krzemowym o wysokości 2 mikronów. Stanowi to ogromny krok naprzód w dziedzinie fizyki akceleratorów, czyli nanofotonicznych akceleratorów elektronów, które można zbudować przy użyciu standardowych technik pomieszczeń czystych, takich jak litografia wiązką elektronów.

8,Materiały na nowe półprzewodniki dużej prędkości

Naukowcy odkryli najszybszy i najbardziej wydajny jak dotąd materiał półprzewodnikowy, Re6Se8Cl2. Materiał składa się z renu, selenu i chloru, tworząc skupiska zwane „superatomami”. Te superatomy tworzą unikalną strukturę, w której ekscytony, stany związane elektronów i dziur elektronowych, wiążą się z fononami zamiast ze stanami rozpraszania, w wyniku czego powstają nowe kwazicząstki zwane ekscytonami akustycznymi-polaronami.

9,Zagadnienia zrównoważonego rozwoju półprzewodników: azotek galu i węglik krzemu

Ze względu na zalety półprzewodników z azotku galu (GaN) i węglika krzemu (SiC) w porównaniu z tradycyjną technologią krzemową, dziedzina energoelektroniki przechodzi diametralną zmianę. Azotek galu, oparty na półprzewodnikach złożonych, zapoczątkował rewolucyjną zmianę w dziedzinie oświetlenia około 2001 roku, szybko zdobywając ponad 50% światowego rynku oświetlenia LED z azotku galu. Ta zmiana nie tylko zmniejsza zużycie energii elektrycznej przez oświetlenie o 30 do 40 procent, ale także przygotowuje grunt pod szerszą rewolucję w energoelektronice. GaN i SiC, które w znacznym stopniu przyczyniają się do swojej doskonałej wydajności i funkcjonalności, zastępują krzem w krytycznych zastosowaniach energoelektroniki. Te dwa materiały zmniejszają straty energii, a także przynoszą ogromne korzyści dla środowiska.

Te nowe postępy technologiczne, kształtując przemysł półprzewodników, wyznaczają również kierunek rozwoju przemysłu półprzewodników w ciągu najbliższych kilku lat. Granice technologii są nieustannie przekraczane, a jedyną stałą jest ciągła innowacja.

Fountyl Technologies PTE Ltd koncentruje się na przemyśle produkcji półprzewodników, a główne produkty to: uchwyt kołkowy, porowaty uchwyt ceramiczny, ceramiczny efektor końcowy, ceramiczna belka kwadratowa, wrzeciono ceramiczne, zapraszamy do kontaktu i negocjacji!