13.09.2022 - Cornell University

Modifizierte Mikrowelle kocht Halbleiter der nächsten Generation

Durchbruch könnte die Geometrie der in Mikrochips verwendeten Transistoren verändern

Ein von einem Cornell-Ingenieurprofessor modifizierter Mikrowellenherd für den Hausgebrauch trägt dazu bei, die nächste Generation von Mobiltelefonen, Computern und anderen elektronischen Geräten zu entwickeln, nachdem gezeigt wurde, dass die Erfindung eine große Herausforderung für die Halbleiterindustrie überwinden kann.

Die Forschungsergebnisse werden in einem in Applied Physics Letters veröffentlichten Artikel ausführlich beschrieben. Der Hauptautor ist James Hwang, ein Forschungsprofessor in der Abteilung für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen.

Da die Mikrochips immer kleiner werden, muss Silizium mit höheren Phosphorkonzentrationen dotiert oder gemischt werden, um den gewünschten Strom zu erzeugen. Die Halbleiterhersteller nähern sich nun einer kritischen Grenze, an der das Erhitzen der hochdotierten Materialien mit herkömmlichen Methoden keine durchgängig funktionierenden Halbleiter mehr ergibt.

Die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) stellte die Theorie auf, dass Mikrowellen zur Aktivierung der überschüssigen Dotierstoffe eingesetzt werden könnten, aber wie bei Haushaltsmikrowellenöfen, die Lebensmittel manchmal ungleichmäßig erhitzen, erzeugten bisherige Mikrowellenglühgeräte "stehende Wellen", die eine gleichmäßige Aktivierung der Dotierstoffe verhinderten.

TSMC ging eine Partnerschaft mit Hwang ein, der einen Mikrowellenofen modifizierte, um selektiv zu steuern, wo die stehenden Wellen auftreten. Diese Präzision ermöglicht die richtige Aktivierung der Dotierstoffe ohne übermäßige Erwärmung oder Beschädigung des Siliziumkristalls.

Diese Entdeckung könnte für die Herstellung von Halbleitermaterialien und Elektronik verwendet werden, die um das Jahr 2025 erscheinen, sagte Hwang, der zwei Patente für den Prototyp angemeldet hat.

"Einige wenige Hersteller produzieren derzeit Halbleitermaterialien mit einer Größe von 3 Nanometern", so Hwang. "Dieser neue Mikrowellenansatz kann es führenden Herstellern wie TSMC und Samsung ermöglichen, auf nur 2 Nanometer zu skalieren".

Der Durchbruch könnte die Geometrie der in Mikrochips verwendeten Transistoren verändern. Seit mehr als 20 Jahren werden Transistoren wie Rückenflossen aufgestellt, damit mehr auf einen Mikrochip gepackt werden können, aber die Hersteller haben kürzlich begonnen, mit einer neuen Architektur zu experimentieren, bei der die Transistoren horizontal gestapelt werden. Die durch die Mikrowellenglühung ermöglichten hochdotierten Materialien wären der Schlüssel zu dieser neuen Architektur.

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