นวัตกรรมทางเทคโนโลยีเก้าประการสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ในปี 2566

จากทรานซิสเตอร์ความร้อนใหม่ไปจนถึงวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่เร็วขึ้น นวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่สำคัญที่สุดเหล่านี้กำลังขับเคลื่อนอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ไปข้างหน้า

1,การแนะนำทรานซิสเตอร์ความร้อน

ทรานซิสเตอร์ความร้อนปฏิวัติวงการที่พัฒนาโดยทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแอนเจลิส ประสบความสำเร็จในการพัฒนาทางเทคโนโลยี มีศักยภาพที่เหนือชั้นในการออกแบบระดับอะตอมและวิศวกรรมโมเลกุลสำหรับการจัดการความร้อนของชิปคอมพิวเตอร์ ทรานซิสเตอร์ความร้อนแบบโซลิดสเตตใหม่นี้ควบคุมการเคลื่อนที่ของความร้อนภายในส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์อย่างแม่นยำผ่านเอฟเฟกต์ของสนามไฟฟ้า ในแง่ของการออกแบบระดับอะตอมและวิศวกรรมโมเลกุล การจัดการระบายความร้อนของชิปคอมพิวเตอร์มีศักยภาพที่ไม่มีใครเทียบได้ และเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ในปัจจุบัน ทรานซิสเตอร์มีความเร็วสวิตช์ทำลายสถิติมากกว่า 1 เมกะเฮิรตซ์ และสามารถปรับค่าการนำความร้อนได้ 1300% ซึ่งเกินขีดจำกัดก่อนหน้านี้ในแง่ของการควบคุมการนำความร้อน

2,การอัพเกรดเครื่อง EUV Lithography ของ ASML

ในปี 2023 ASML ได้ส่งมอบเครื่องสแกนหิน High-NA EUV เครื่องแรก Twinscan EXE:5000 ให้กับ Intel การพัฒนาร่วมกันของอุปกรณ์เริ่มขึ้นในปี 2561 Intel วางแผนที่จะปรับใช้อุปกรณ์ Twinscan EXE:5200 เกรดเชิงพาณิชย์สำหรับการผลิตปริมาณมากในปี 2568 เลนส์ 0.55NA ของเครื่องสแกนหิน High-NA EUV รับประกันความละเอียด 8 นาโนเมตร ซึ่ง จำเป็นสำหรับการผลิตชิปขั้นสูงที่สูงกว่า 3 นาโนเมตร ด้วยการเป็นบริษัทแรกที่นำอุปกรณ์ล้ำสมัยนี้มาใช้ Intel จึงได้รับความได้เปรียบเชิงกลยุทธ์ในการกำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรม ซึ่งอาจเหนือกว่าคู่แข่งอย่าง Samsung และ TSMC ในอนาคต

3.ปัญญาประดิษฐ์สำหรับการออกแบบชิป

Google สร้างความตกตะลึงให้กับอุตสาหกรรมด้วยงานวิจัยที่มีการโต้เถียงซึ่งยืนยันถึงพลังของปัญญาประดิษฐ์ในการออกแบบชิป Google อ้างว่าเทคโนโลยี AI ช่วยเร่งการวางแผนเค้าโครงของหน่วยประมวลผลพื้นฐานของชิป AI ภายในเวลาไม่ถึงหกชั่วโมง ซึ่งมากกว่าผู้เชี่ยวชาญที่เป็นมนุษย์มาก ชิปที่เรียกว่า TPU v5 กำลังก่อให้เกิดความขัดแย้ง Google อ้างว่าเป้าหมายไม่ใช่การแทนที่นักออกแบบที่เป็นมนุษย์ แต่เพื่อแสดงให้เห็นว่า AI สามารถทำงานร่วมกันในการออกแบบชิปได้

4 เทคโนโลยีการจ่ายไฟแบบย้อนกลับของชิป

Intel กำลังแนะนำเทคโนโลยีใหม่อย่างระมัดระวัง PowerVia พร้อมด้วย RibbonFET PowerVia ใช้การส่งกำลังจากด้านหลัง โดยวางการเชื่อมต่อกำลังไฟฟ้าไว้ที่ด้านล่างของวัสดุซิลิกอน ส่งผลให้ความถี่เพิ่มขึ้น 6 เปอร์เซ็นต์ การออกแบบที่กะทัดรัดยิ่งขึ้น และการใช้พลังงานลดลง 30 เปอร์เซ็นต์การรวม PowerVia ที่ประสบความสำเร็จในกระบวนการผลิตของ Intel ปูทางสำหรับโหนด 20A ที่มีทรานซิสเตอร์ FET แบบแถบในปี 2024 ซึ่งอาจแซงหน้าคู่แข่ง เช่น TSMC และ Samsung ในด้านทรานซิสเตอร์นาโนชีตและระบบส่งกำลังด้านหลัง

5. ชิปรวมเลเซอร์

วงจรรวมโฟโตนิก (PIC) มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย และนำไปใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น เครื่องรับส่งสัญญาณแสงความเร็วสูงและ liDAR อย่างไรก็ตาม เนื่องจากประสิทธิภาพการส่องสว่างของซิลิคอนมีจำกัด การรวมเลเซอร์เข้ากับชิปโฟโตนิกของซิลิคอนจึงเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ ศูนย์วิจัยและพัฒนานาโนอิเล็กทรอนิกส์ Imec ในเบลเยียมเป็นผู้นำการวิจัย ในการประมวลผลฟลิปชิป แกนเลเซอร์ได้รับการจัดตำแหน่งอย่างแม่นยำตามความแม่นยำในระดับซับไมครอน จากนั้นจึงถ่ายโอนและเชื่อมเข้ากับเวเฟอร์ซิลิคอนโฟโตนิกส์

มีหลายวิธีในการถ่ายโอนแกนเลเซอร์ วิธีหนึ่งคือเทคโนโลยีการพิมพ์ไมโครแพด การใช้กาวหรือพันธะโมเลกุล การประกอบและการมีเพศสัมพันธ์อย่างรวดเร็ว โดยมีมูลค่าการใช้งานสูงในสถานการณ์ที่มีปริมาณงานสูง ซึ่งจำเป็นต้องผสานรวมส่วนประกอบระดับ 3-5 จำนวนมาก การเชื่อมเวเฟอร์เป็นอีกวิธีหนึ่งของการเชื่อมเวเฟอร์ซิลิคอน 3-5 ตัว ซึ่งสามารถประมวลผลอุปกรณ์หลายเครื่องพร้อมกันและมีประสิทธิภาพสูงสำหรับอินเทอร์เฟซแบบออปติคัล

6,โฟตอนฟิวชั่น

นักวิจัยที่ Congreve Lab ของมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกำลังบุกเบิกโฟตอนโครมิซึมโดยมุ่งเน้นที่การแปลงความถี่สูง ซึ่งเป็นกระบวนการแปลงโฟตอนพลังงานต่ำสองตัวให้เป็นโฟตอนพลังงานสูงตัวเดียว (โฟตอนฟิวชั่น) ด้วยการใช้วิธีการทำลายล้างแบบทริปเล็ต-ทริปเล็ต ซึ่งใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติไวแสงของทริปเล็ตที่มีโลหะหนัก เช่น แพลเลเดียม อิริเดียม หรือแพลตตินัม รวมถึงวัสดุกระตุ้น เช่น รูเบรน ทีมงานจึงสามารถปล่อยก๊าซที่มีความเข้มข้นสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โฟตอนพลังงาน กระบวนการนี้แปลงความยาวคลื่นของแสงเป็นความยาวคลื่นที่เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดซิลิคอนสามารถดูดซับได้ กล่าวคือ การแปลงสีของแสง (เทคโนโลยีเปลี่ยนสี) กระบวนการนี้ถูกนำไปใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์และสามารถเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์ได้ 15-20%

7,เครื่องเร่งอิเล็กตรอนระดับชิป

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Erlangen และ Nuremberg ได้สร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านเครื่องเร่งอิเล็กตรอนขนาดลูกโซ่ ทีมงานสร้างช่องสัญญาณกว้าง 225 นาโนเมตรและยาว 0.5 มิลลิเมตรโดยใช้วัสดุอิเล็กทริกเพื่อสร้างตัวเร่งความเร็วบนชิป ซึ่งสามารถเพิ่มพลังงานอิเล็กตรอนได้อย่างมีนัยสำคัญถึง 43 เปอร์เซ็นต์ผ่านพัลส์เลเซอร์อินฟราเรดที่กำหนดเวลาอย่างแม่นยำและคอลัมน์ซิลิคอน 733 คอลัมน์สูง 2 ไมครอน นี่เป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ในด้านฟิสิกส์ของตัวเร่ง ซึ่งก็คือเครื่องเร่งอิเล็กตรอนระดับนาโนโฟโตนิก ซึ่งสามารถสร้างได้โดยใช้เทคนิคห้องคลีนรูมมาตรฐาน เช่น การพิมพ์หินลำแสงอิเล็กตรอน

8,วัสดุสำหรับเซมิคอนดักเตอร์ความเร็วสูงใหม่

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบสิ่งที่พวกเขาอ้างว่าเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่เร็วและมีประสิทธิภาพมากที่สุดจนถึงปัจจุบัน นั่นคือ Re6Se8Cl2 วัสดุนี้ประกอบด้วยรีเนียม ซีลีเนียม และคลอรีน ก่อตัวเป็นกระจุกที่เรียกว่า "ซูเปอร์อะตอม" ซุปเปอร์อะตอมเหล่านี้สร้างโครงสร้างพิเศษที่ exciton ซึ่งเป็นสถานะที่ถูกผูกไว้ของอิเล็กตรอนและรูอิเล็กตรอน จับกับโฟนอนแทนที่จะเป็นสถานะกระจัดกระจาย ส่งผลให้เกิดควอซิตอนใหม่ที่เรียกว่าอะคูสติก exciton-โพลารอน

9,ปัญหาความยั่งยืนของเซมิคอนดักเตอร์: แกลเลียมไนไตรด์และซิลิคอนคาร์ไบด์

เนื่องจากข้อดีของเซมิคอนดักเตอร์แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) เหนือเทคโนโลยีซิลิคอนแบบดั้งเดิม สาขาอิเล็กทรอนิกส์กำลังกำลังเผชิญกับการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ แกลเลียมไนไตรด์ซึ่งใช้สาขาเซมิคอนดักเตอร์แบบผสม ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งยิ่งใหญ่ในด้านระบบแสงสว่างประมาณปี 2544 โดยเป็นผู้นำตลาดไฟ LED แกลเลียมไนไตรด์ทั่วโลกมากกว่า 50% อย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดการใช้ไฟฟ้าสำหรับแสงสว่างลง 30 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น แต่ยังเป็นการวางรากฐานสำหรับการปฏิวัติด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังในวงกว้างอีกด้วย GaN และ SiC ซึ่งมีส่วนช่วยอย่างมากในด้านประสิทธิภาพและฟังก์ชันการทำงานที่เหนือกว่า กำลังเข้ามาแทนที่ซิลิคอนในการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่สำคัญ วัสดุทั้งสองนี้ช่วยลดการสูญเสียพลังงานและยังก่อให้เกิดประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมากอีกด้วย

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีใหม่เหล่านี้ ขณะเดียวกันก็กำหนดรูปแบบอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ยังเน้นย้ำถึงทิศทางการพัฒนาของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ขอบเขตของเทคโนโลยีถูกทลายลงอย่างต่อเนื่อง และสิ่งเดียวที่คงที่คือนวัตกรรมที่คงที่

Fountyl Technologies PTE Ltd มุ่งเน้นไปที่อุตสาหกรรมการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ ผลิตภัณฑ์หลัก ได้แก่: Pin chuck, หัวจับเซรามิกที่มีรูพรุน, เอฟเฟกต์ปลายเซรามิก, คานสี่เหลี่ยมเซรามิก, แกนหมุนเซรามิก ยินดีต้อนรับสู่การติดต่อและการเจรจา！