Wissenschaftler der Cornell University haben einen modifizierten Haushaltsmikrowellenherd verwendet, um ein erhebliches Hindernis für die praktische 2-nm-Halbleiterproduktion zu überwinden. Der daraus resultierende Mikrowellen-Glühofen ist von TSMCs Theorien über Mikrowellen und das Dotieren von Silizium mit Phosphor inspiriert. Infolgedessen könnten Halbleiterhersteller mit den neu entwickelten Geräten und Techniken einen früheren Phosphorkonzentrationsgrenzwert überschreiten.
Damit Halbleiterprozesse weiter schrumpfen, muss Silizium mit immer höheren Phosphorkonzentrationen dotiert werden, um eine genaue und stabile Stromzufuhr zu ermöglichen. Da die Industrie derzeit mit der Massenproduktion von 3-nm-Komponenten beginnt, funktionieren traditionelle Glühmethoden immer noch effektiv. Da die Industrie jedoch über 3 nm hinausgeht, müssen Phosphorkonzentrationen sichergestellt werden, die höher sind als seine Gleichgewichtslöslichkeit in Silizium. Bei der Herstellung funktioneller Halbleitermaterialien ist nicht nur das Erreichen höherer Konzentrationsniveaus, sondern auch Konsistenz entscheidend.
TSMC hatte zuvor die Theorie aufgestellt, dass Mikrowellen im Glühprozess (Erwärmungsprozess) verwendet werden könnten, um die erhöhten Dotierungskonzentrationen von Phosphor zu erleichtern. Mikrowellenheizquellen neigten jedoch früher dazu, stehende Wellen zu erzeugen, die schlecht für die Heizkonsistenz sind. Einfach ausgedrückt, erhitzten frühere Mikrowellen-Glühgeräte ihren Inhalt ungleichmäßig.
Wissenschaftler der Cornell University erhielten die Unterstützung von TSMC und dem Ministerium für Wissenschaft und Technologie von Taiwan, um ihre Forschungen zum Mikrowellenglühen durchzuführen. In ihrer wissenschaftlichen Arbeit, die Anfang der Woche von der Cornell University veröffentlicht wurde, kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass sie dank ihrer fortschrittlichen Mikrowellen-Glühmethoden „die grundlegende Herausforderung für eine hohe und dennoch stabile Dotierung über der Löslichkeit gemeistert haben“.
Sie können ausführlich über diese Forschung in dem von veröffentlichten Artikel lesen Angewandte Physik Briefe mit dem Titel „Effiziente und stabile Aktivierung durch Mikrowellenglühen von Nanoblatt-Silizium, das mit Phosphor über seiner Löslichkeitsgrenze dotiert ist“. Sie werden auch dem Namen des Papiers entnehmen, dass diese Tempertechnik gut für die neueste Nanoblatt-Transistortechnologie geeignet ist, bei der Transistoren in Schichten gestapelt werden. TSMC hat bereits erklärt, dass es 2-nm-Nanoblätter für die Herstellung von Gate-all-around-Feldeffekttransistoren (GAAFETs) verwenden wird.
Der Hauptautor des Papiers, James Hwang, Forschungsprofessor am Institut für Materialwissenschaft und -technik, sagte der Cornell-Nachrichtenblog (öffnet in neuem Tab), „Dieser neue Mikrowellenansatz kann es möglicherweise führenden Herstellern wie TSMC und Samsung ermöglichen, auf nur 2 Nanometer herunterzuskalieren.“ Die Forschung wird fortgesetzt und hat bereits weitere Finanzierungsmöglichkeiten.