Ein Mikrowellenherd ist der Schlüssel zur Herstellung von 2-Nanometer-Chips

Ein von Wissenschaftlern modifizierter Mikrowellenherd für den Hausgebrauch trägt zur Entwicklung der nächsten Generation von Mobiltelefonen, Computern und anderen elektronischen Geräten bei. Es zeigte sich, dass die Erfindung eine große Herausforderung für die Halbleiterindustrie bewältigt.

Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters unter dem Titel „Effiziente und stabile Aktivierung durch Mikrowellen-Annealing von mit Phosphor dotiertem Nanoblatt-Silizium oberhalb seiner Löslichkeitsgrenze“ veröffentlicht. James Hwang, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Cornell University, ist einer der korrespondierenden Autoren des Artikels.

(Quelle: Applied Physics Letters)

Da die Chips immer kleiner werden, muss Silizium dotiert oder mit höheren Phosphorkonzentrationen vermischt werden, um den erforderlichen elektrischen Strom zu erzeugen. Heute stoßen Halbleiterhersteller an eine kritische Grenze: Konventionelle Methoden zum Erhitzen hochdotierter Materialien reichen nicht mehr aus, um Halbleiter mit stabilen Eigenschaften herzustellen.

Der Halbleiterhersteller TSMC glaubt, dass Mikrowellen theoretisch verwendet werden könnten, um überschüssige Dotierstoffe zu aktivieren. Doch genau wie eine Haushaltsmikrowelle Lebensmittel manchmal ungleichmäßig erhitzt, neigten frühere Mikrowellen-Glühanlagen dazu, „stehende Wellen“ zu erzeugen, die eine gleichmäßige Aktivierung der Dotierstoffe verhinderten.

Abbildung | Chip unter dem Elektronenmikroskop (Quelle: Wikipedia)

Zu diesem Zweck arbeitete TSMC mit Hwang zusammen, um mithilfe eines modifizierten Mikrowellenofens gezielt zu steuern, wo die stehenden Wellen auftreten, und so die Dotierstoffe genau richtig zu aktivieren, ohne den Siliziumkristall zu überhitzen oder zu beschädigen.

„Diese Entdeckung könnte zur Herstellung von Halbleitermaterialien und elektronischen Produkten genutzt werden, die etwa im Jahr 2025 produziert werden“, sagte Hwang.

Hwang fügte sogar hinzu: „Derzeit produzieren nur wenige Unternehmen Halbleitermaterialien mit einer Größe von 3 Nanometern. Dieses neue Mikrowellenverfahren hat das Potenzial, Chipherstellern wie TSMC und Samsung zu ermöglichen, die Größe auf 2 Nanometer zu verringern.“

Foto: James Hwang (rechts) neben dem modifizierten Mikrowellenherd.

Berichten zufolge könnte dieser Durchbruch die Geometrie der in Chips verwendeten Transistoren verändern.

Um mehr Transistoren auf jeden Chip zu packen, werden die Transistoren seit mehr als 20 Jahren so konstruiert, dass sie aufrecht wie Rückenflossen stehen.

In den letzten Jahren haben Chiphersteller begonnen, mit einer neuen Struktur zu experimentieren, bei der Transistoren horizontal gestapelt werden können. Durch Mikrowellenglühen sind stärker dotierte Materialien möglich, was der Schlüssel zur Erzielung neuer Strukturen ist.

Quellen:

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0099083