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隨著人工智能（AI）領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)下一代高性能半導(dǎo)體的需求也在不斷增長(zhǎng)。為了滿(mǎn)足這一需求，半導(dǎo)體材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新變得至關(guān)重要。
最近，研究人員首次利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)成功開(kāi)發(fā)出4英寸異質(zhì)結(jié)構(gòu)制造技術(shù)。這項(xiàng)創(chuàng)新突破了傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體的局限，能夠生產(chǎn)低功耗、高性能的半導(dǎo)體，為AI半導(dǎo)體的發(fā)展提供了新機(jī)遇。
該研究團(tuán)隊(duì)由韓國(guó)機(jī)械材料研究院（KIMM）半導(dǎo)體制造研究中心的Hyeong-U Kim研究員領(lǐng)導(dǎo)，與成均館大學(xué)機(jī)械工程系的Taesung Kim教授團(tuán)隊(duì)合作，共同取得了歷史性進(jìn)展。他們成功使用等離子體技術(shù)制造出了4英寸異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體，成為全球首個(gè)實(shí)現(xiàn)這一突破的團(tuán)隊(duì)。這項(xiàng)技術(shù)有望使TMDc等下一代半導(dǎo)體材料能夠廣泛應(yīng)用于AI半導(dǎo)體領(lǐng)域。
據(jù)研究所稱(chēng)，過(guò)渡金屬二硫化物（TMDc）材料被認(rèn)為是下一代半導(dǎo)體的潛在候選材料。它們具有類(lèi)似硅的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗操作和快速切換速度，尤其適用于神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和認(rèn)知計(jì)算等領(lǐng)域。
其中，二硫化鉬（MoS2）、二硫化鎢（WS2）和硒化鉬（MoSe2）等二硫?qū)倩?，成為這一領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)：首先是通過(guò)將1nm的鎢沉積到石墨烯轉(zhuǎn)移晶片上，然后采用H2S等離子體硫化工藝制成的WS2和石墨烯的異質(zhì)結(jié)構(gòu)；其次，研究人員將斜方晶系1T相二硫化鉬（MoS2）與六方晶系2H相MoS2結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造。
具體而言，研究團(tuán)隊(duì)利用PECVD設(shè)備，開(kāi)發(fā)了兩種創(chuàng)新的4英寸晶圓級(jí)異質(zhì)結(jié)構(gòu)。第一種是結(jié)合了WS2和石墨烯的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，第二種則是在二硫化鉬（MoS2）薄膜中集成了兩種不同相的材料。這一進(jìn)展代表著金屬半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重要突破。與穩(wěn)定的六方2H相相比，1T相二硫化鉬呈現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的制造方法（如堆疊）存在尺寸限制和可重復(fù)性問(wèn)題。
然而，研究團(tuán)隊(duì)成功地生產(chǎn)出了1T相的4英寸晶圓，為實(shí)現(xiàn)1T-2H異質(zhì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。PECVD技術(shù)的成功應(yīng)用解決了傳統(tǒng)方法中晶圓尺寸和可重復(fù)性的問(wèn)題，并為未來(lái)的3D集成結(jié)構(gòu)發(fā)展提供了可能。這一進(jìn)展不僅降低了功率損耗和散熱問(wèn)題，還顯著提高了性能和能源效率，成為低功耗、高性能AI半導(dǎo)體的關(guān)鍵要素。
KIMM研究員Hyeong-U Kim表示：“這項(xiàng)新技術(shù)不僅滿(mǎn)足了晶圓尺寸和可重復(fù)性的要求，還能夠進(jìn)行以前僅限于學(xué)術(shù)研究的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。使用半導(dǎo)體行業(yè)廣泛使用的PECVD工具，意味著這項(xiàng)技術(shù)具有巨大的批量生產(chǎn)潛力，可能為AI半導(dǎo)體的商業(yè)化和性能提升帶來(lái)重要推動(dòng)?！?
此外，KIMM已通過(guò)在美國(guó)和韓國(guó)的注冊(cè)，獲得了這兩種4英寸異質(zhì)結(jié)構(gòu)晶圓制造的專(zhuān)有技術(shù)，為未來(lái)的量產(chǎn)和技術(shù)擴(kuò)展鋪平了道路。
