Les progrès dans la fabrication d’hétérostructures de 4 pouces améliorent les semi-conducteurs IA
À mesure que la technologie de l’intelligence artificielle (IA) progresse, la demande de semi-conducteurs plus performants augmente rapidement. Le développement de nouveaux matériaux et de structures innovantes pour obtenir des semi-conducteurs hautes performances est devenu crucial.
Pour la première fois au monde, une technologie de fabrication d'hétérostructures de 4 pouces utilisant le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) a été développée. Cette percée permet la production de semi-conducteurs à faible consommation et hautes performances, dépassant les capacités de la technologie traditionnelle basée sur le silicium.
Une équipe de recherche dirigée par le chercheur principal Hyeong-U Kim du Centre de recherche sur la fabrication de semi-conducteurs de l'Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM), en collaboration avec l'équipe du professeur Taesung Kim du Département de génie mécanique de l'Université Sungkyunkwan, a réalisé le record mondial première fabrication réussie d'un semi-conducteur à hétérostructures de 4 pouces utilisant la technologie plasma.
La recherche est présentée dans Matériaux avancés et Matériaux énergétiques et environnementaux.
Cette technologie devrait être applicable aux semi-conducteurs d’IA en utilisant des matériaux semi-conducteurs de nouvelle génération comme le TMDc.
Le TMDc (dichalcogénures de métaux de transition) est un matériau candidat pour les semi-conducteurs de nouvelle génération avec des structures 2D de niveau atomique offrant des performances similaires à celles du silicium, un fonctionnement à faible consommation et des vitesses de commutation rapides. Il est particulièrement adapté aux systèmes neuromorphiques et utilisé dans l’apprentissage automatique, l’apprentissage profond et l’informatique cognitive. (par exemple, bisulfure de molybdène, MoS2)disulfure de tungstène, WS2)et séléniure de molybdène, MoSe2).
À l’aide de l’équipement PECVD, l’équipe de recherche a réussi à produire deux types d’hétérostructures à l’échelle d’une tranche de 4 pouces. Le premier type, une hétérostructure de WS2) et du graphène, a été fabriqué en déposant une couche métallique de tungstène (W) de 1 nanomètre (nm) sur une tranche de graphène transférée, suivie de H2)Sulfuration au plasma.
De plus, l'équipe a réalisé une percée avec une hétérostructure métal-semi-conducteur en combinant deux formes distinctes de bisulfure de molybdène (MoS2)) sous forme de film mince.
La phase métallique 1T, avec une structure orthorhombique, est métastable par rapport à la phase hexagonale 2H plus stable, ce qui rend la production de tranches sur de grandes surfaces difficile. Cette nouvelle technologie a permis à l’équipe de produire une plaquette de 4 pouces en phase 1T et de mettre en œuvre avec succès l’hétérostructure 1T-2H.
Les méthodes traditionnelles d’hétérostructure, telles que l’empilement, n’étaient autorisées que pour de petites tailles de quelques µm et présentaient des problèmes de reproductibilité. L’équipe a surmonté ces limitations en utilisant le PECVD pour fabriquer une hétérostructure à l’échelle d’une tranche de 4 pouces.
Cette avancée permet le développement d'une structure intégrée 3D, qui réduit considérablement la perte de puissance et la dissipation thermique, conduisant à des performances et à une efficacité énergétique améliorées, facteurs clés pour les semi-conducteurs d'IA hautes performances et basse consommation.
Hyeong-U Kim, chercheur principal au KIMM, a déclaré : « Cette technologie nouvellement développée répond non seulement aux exigences de taille de plaquette et de reproductibilité, mais permet également une validation expérimentale auparavant limitée à la recherche universitaire.
« Utilisant le PECVD, un outil largement utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs, cette technologie offre un potentiel élevé de production de masse, contribuant probablement aux progrès des performances et de la commercialisation des semi-conducteurs d'IA. »
KIMM a obtenu une technologie originale pour les deux formes de fabrication de plaquettes à hétérostructure de 4 pouces grâce à des enregistrements de brevets aux États-Unis et en Corée du Sud.
