美研究者成功将新型功能材料集成至硅芯片

美研究者成功将新型功能材料集成至硅芯片

ITRS发布报告预测表示，芯片摩尔定律或在2021年失效。

我们知道，硅芯片制造工艺正逼近物理极限。《中国科技报》分析称，为满足摩尔定律增长要求，要么寻找全新材料替代硅——石墨烯、二硫化钼或者单原子层锗，要么创新方法来拓展硅芯片的能力——将更符合要求的新材料高效集成在硅衬底上。相较而言，完全替代原有技术路线，不仅需要大量资金投入，产业充分竞争和协作也必不可少；在成熟技术上深部挖潜，成本虽然低很多，却难以带来翻天覆地的全新业态。

据报道，美国北卡罗来纳州立大学日前发布公告表示，该校研究人员与美国陆军研究办公室合作开发出一种被称为“薄膜外延法”的新方法，可将多铁性材料等新型功能材料集成至计算机芯片上。据了解，将新型功能材料与硅芯片集成，有助于未来制造出更轻巧、智能的电子设备和系统，会使很多过去认为不可能的事成为可能：比如，数据探测、采集、处理等多种任务可以在一个紧凑的芯片上完成，此外目前发光二极管（LED）所用蓝宝石衬底无法与计算机设备兼容的难题也会迎刃而解。

就目前而言，一些新型功能材料，如具有铁电和铁磁性质的多铁性材料、表面有导电性能的拓扑绝缘体及新型铁电材料等，在传感器、非易失性存储器及微机电领域有很好的应用前景。但这些材料目前面临的一个难题是，至今它们都不能被集成到硅芯片上。目前，新的研究帮助突破了限制。

研究人员表示，所谓“薄膜外延法”，就是他们设计了氮化钛板层和钇稳定氧化锆板层这两种可与硅兼容的板层，用来连接新功能材料与不同电子产品硅芯片的底层基质（平台），然后利用其开发的一套缓冲薄膜，将功能材料与硅芯片集成在一起。这些薄膜通过一面与新型功能材料的晶体结构结合，另一面与底层基质结合来发挥连接作用。研究人员称，随着集成的功能材料的变更，所使用的薄膜组合也会随之变化。举个例子，集成多铁性材料时会使用氮化钛、氧化镁、氧化锶和镧锶锰氧化物这4种类型的薄膜组合，但是如果要集成拓扑绝缘体，那么只需要氧化镁和氮化钛就可以了。