Команда исследователей из Пекинского университета (Peking University) утверждает, что им удалось преодолеть технологические ограничения для наращивания производительности чипов относительно простыми средствами. Учёные буквально сменили направление в производстве транзисторов, отказавшись как от современных сканеров, так и от кремния.

Источник изображений: Peking University

Общепринято, что выпуск 2-нм полупроводников и решений с меньшими технологическими нормами связан с переходом на EUV-литографию и новые транзисторные архитектуры. Всё это требует колоссальных затрат на разработку и производственные ресурсы. Однако даже при условии наличия таких ресурсов экспорт высокотехнологичного оборудования строго ограничен США и их партнёрами. В частности, в Китай запрещено продавать сканеры EUV и даже современные версии 193-нм DUV-сканеров.

Группа учёных из Пекинского университета изначально работала над новой технологией производства чипов в попытке обойти санкции, но в итоге добилась принципиально нового результата — создала техпроцесс производства 2D-транзисторов с использованием материалов, не содержащих кремний. Исследователи утверждают, что для изготовления этих «принципиально новых» транзисторов подходит типичное оборудование, используемое в полупроводниковой промышленности. По крайней мере, чип был изготовлен на экспериментальной университетской линии, которая вряд ли оснащена передовыми технологиями.

В качестве материалов для транзисторного канала и затвора были использованы оксиды висмута: Bi₂O₂Se для канала и Bi₂SeO₅ для затвора. Благодаря своим свойствам эти материалы можно наносить на подложку атомарно тонкими и однородными слоями, что обеспечивает повторяемость процесса и стабильность характеристик транзисторов. Именно за это свойство транзистор на основе Bi₂O₂Se и Bi₂SeO₅ считается 2D-транзистором. Архитектурно он представляет собой полевой транзистор с круговым затвором (GAAFET). Разработчики описывают его структуру как «плетёный мост» вместо традиционных для FinFET «небоскрёбов».

По словам исследователей, высокая диэлектрическая проницаемость используемых материалов позволяет создавать сверхтонкие структуры затворов, не допускающие токов утечки, что снижает напряжение переключения транзисторов. Это, в свою очередь, увеличивает скорость переключения транзисторов при одновременном снижении энергопотребления.

Учёные заявляют, что их 2D-транзисторы работают на 40 % быстрее по сравнению с ультрасовременными 3-нм транзисторами TSMC и Intel, при этом потребление энергии снижено на 10 %. Они также разработали простую логическую схему на основе новых транзисторов и экспериментально подтвердили их впечатляющие рабочие характеристики.

Конкуренция Samsung и TSMC на рынке контрактного производства полупроводниковых компонентов по технологии 3 и 4 нм обостряется, и Samsung заявила, что ей удалось добиться сравнимого с показателями TSMC выхода годной продукции, пишет корейская газета Kukmin Ilbo. Кроме того, технология 4 нм стала для компании последним этапом использования транзисторов FinFET, которые дебютировали с переходом на нормы 16 нм.

Источник изображений: news.kmib.co.kr

Выход годных 4-нм кристаллов у Samsung Foundry, согласно собственному заявлению производителя, составляет 75 %, тогда как у TSMC это 80 %. Техпроцесс 4 нм используется в центральных и графических процессорах последнего поколения. А вот в передовой технологии 3 нм корейскому производителю удалось вырваться вперёд. Перейдя на новые нормы с транзисторами GAAFET (с круговым затвором), Samsung, по её собственному утверждению, добилась выхода годной продукции в 60 %, в то время как TSMC заявила лишь о 55 %.

Тем временем, напомнил ресурс TechPowerUp, подразделение Intel Foundry Services выпустило собственное решение, способное конкурировать с продукцией азиатских подрядчиков: технология Intel 3 на физическом уровне основана на 7-нм транзисторах FinFET, но предлагает характеристики, сравнимые с 3-нм чипами от Samsung и TSMC. И только в 2024 году американский производитель перейдёт на «честные» GAAFET и 2 нм.