Technologia transformująca inżynierię układów scalonych

Wyścig w dziedzinie rozwoju półprzewodników przybiera na sile. W obliczu niedoborów siły roboczej, opóźnień w łańcuchu dostaw i niedoboru materiałów producenci układów scalonych spieszą się z opracowywaniem nowych i ulepszonych produktów półprzewodnikowych.

W latach 2019–2022 koszty produkcji wzrosły o 7 procent, a ceny importowe wzrosły o 5.7 procent. Przełomowe technologie mogą dać firmom sposób na radzenie sobie ze zwiększonym popytem i obciążeniem logistycznym wpływającym na ich wyniki finansowe.

4 technologie, które zrewolucjonizują inżynierię półprzewodników

1. Samonaprawiający się, zmieniający kształt miękki kompozyt

Naukowcy z Carnegie Mellon University stworzyli „Thubber”, nowatorski miękki materiał kompozytowy łączący płynne elastomery z mikroskopijnymi kroplami stopu galu i indu. Materiał ten charakteryzuje się wysoką przewodnością elektryczną i cieplną, działając w temperaturach od -80°C do 200°C, podobnie jak płynna guma silikonowa. Thubber generuje wewnętrzne ogrzewanie, gdy przyłożony jest prąd elektryczny, dzięki czemu zewnętrzne źródła ciepła stają się zbędne. Może być również formowany w ultraelastyczne cienkie warstwy, co pokonuje wyzwania stawiane przez smar termiczny lub płyty aluminiowe.

Nano-CT skan „thubbera”, pokazujący mikrokrople ciekłego metalu wewnątrz materiału gumowego. Źródło: Carnegie Mellon University

2. Nanorurki węglowe owinięty wstęgopodobnym polimerem

Naukowcy z Duke University opracowali metodę półprzewodników węglowych wykorzystującą mikroskopijne cylindry atomów węgla, mocniejsze od stali i cieńsze od ludzkiego włosa. To przełomowe rozwiązanie rozwiązuje wcześniejsze ograniczenia, w których takich cylindrów nie można było wyłączyć, co utrudniało ich elektroniczne zastosowania. Zespół rozwiązał ten problem, owijając specjalne polimery wokół metalowych nanorurek, przekształcając je z przewodników w półprzewodniki.

3. Podłoża szklane do obudów półprzewodników

Szkło jest niedrogie, ma doskonałe właściwości termiczne i cechy fizyczne podobne do krzemu. Zachowuje swój kształt z czasem, minimalnie odkształcając się lub degradując, zwiększając trwałość i wydajność elektroniki.

Podłoża szklane obiecują lepszą wydajność sygnału w porównaniu do obecnych podłoży organicznych, co napędza ich coraz większą adopcję w zaawansowanych obudowach półprzewodnikowych. Są one dobrze przystosowane do nowych zastosowań, które wymagają gęstych, wysokowydajnych połączeń w elektronice nowej generacji.

4. Dwuwymiarowy ferroelektryczny tranzystor polowy

Producenci chipów spieszą się, aby wykorzystać AI w mikrochipach, ale stają przed wyzwaniami ze względu na jej energochłonną naturę. Pojawienie się dwuwymiarowego ferroelektrycznego tranzystora polowego, wykorzystującego tlenek hafnu i siarczek cyny, oferuje obiecujące właściwości elektryczne. Działa on znacznie szybciej niż ludzkie synapsy, przy minimalnym zużyciu energii, torując drogę dla ultraniskoenergetycznych, wysoce precyzyjnych sztucznych sieci neuromorficznych w skali nano.