Bilim ve teknoloji dünyasında çığır açacak bir gelişme yaşanıyor. Uzun yıllardır akademik çalışmalarda yer alan ancak seri üretime entegre edilmesi zor görünen 2D transistörler, Intel ve imec iş birliğiyle endüstriyel üretime bir adım daha yaklaştı. Standart yüksek hacimli üretim ortamlarına uyumlu 300 mm'lik gofretlerde kritik işlem modüllerinin entegrasyonu başarıyla gerçekleştirildi.
Modern en gelişmiş mantık işlem teknolojileri, transistör yoğunluğunu artırmak için halka geçitli (GAA) cihazlara ve dikey olarak transistörleri istifleyen tamamlayıcı FET'lere (CFET) dayanıyor. Ancak sektördeki uzmanlar, silikon kanalların fiziksel sınırlarına ulaşmasının ardından elektrostatik kontrol ve taşıyıcı hareketliliğinde düşüş yaşanabileceği konusunda hemfikir. Bu durumu aşmak için atom kalınlığında kanallar oluşturabilen ve güçlü akım kontrolünü koruyabilen 2D malzemeler üzerinde çalışmalar yoğunlaşıyor.
Intel ve imec, geçiş metali dikalkojenidler (TMD'ler) ailesine odaklanan çalışmalarını paylaştı. N-tipi transistörler için WS₂ ve MoS₂, P-tipi kanal malzemesi olarak ise WSe₂ kullanıldı. Bu bileşikler uzun süredir inceleniyor olsa da, asıl zorluk, 300 mm'lik gofret üretim akışına, hassas kanallara zarar vermeden veya yüksek hacimli üretim ortamlarında güvenilir bir şekilde gerçekleştirilemeyen işlem adımlarına bağımlı kalmadan entegre etmekti.
Intel ve imec'in sunduğu temel yenilik, üretim bandına uyumlu temas ve geçit yığını entegrasyon şeması. Intel, yüksek kaliteli 2D katmanlar yetiştirerek bunları AlOx, HfO₂ ve SiO₂'den oluşan çok katmanlı bir yığınla kapladı. Ardından, geleneksel ara bağlantı üretiminden kavramsal olarak benzer bir işlem olan kontrollü seçici aşındırma, yamaç tarzı üst kontakların oluşumunu sağladı. Bu adım, kirliliğe ve fiziksel hasara karşı oldukça hassas olan alttaki 2D kanalların bütünlüğünü korudu.
Bu yamaç üst temas yaklaşımı, 2DFET geliştirmenin en zorlu unsurlarından birini, yani üretim araçlarıyla uyumlu, düşük dirençli ve ölçeklenebilir temaslar oluşturma sorununu çözüyor. Temasların yanı sıra, Intel ve imec, üretim süreçlerine uygun geçit yığını modülleri de göstererek, 2D cihazların endüstriyel entegrasyonunu uzun süredir engelleyen büyük bir engeli aştı.
Intel ve imec arasındaki bu ortak çalışmanın önemi, 2D malzemelere dayanan 2D transistörlerin 2030'ların ikinci yarısı veya 2040'lara kadar ticari ürünlerde yer almayacak olması nedeniyle, acil ürünleşmeyle ilgili değil. Bu çalışmanın değeri, 2D malzemelere dayanacak çiplerin geliştirilmesini ve nihai üretimini daha güvenli hale getirmesidir. Üretim sınıfı bir ortamda temas ve geçit modüllerini doğrulayarak, Intel Foundry müşterilerin ve şirket içi tasarım ekiplerinin, idealize edilmiş laboratuvar ortamları yerine gerçekçi, ölçeklenebilir süreç varsayımlarını kullanarak 2D kanalları değerlendirmesine olanak tanıyor. Bu yaklaşım, cihaz performans kıyaslamasını, kompakt modellemeyi ve erken tasarım keşfini hızlandırmayı hedefliyor.
Şimdilik Intel'in stratejisi, 2D malzemeleri silikonun nihai sınırlarına ulaşmadan önce değerlendirilebilecek bir gelecek seçeneği olarak ele almak. imec gibi ortaklarla süreçleri birlikte geliştirerek ve onları erken aşamada üretim bandına benzer kısıtlamalarla tanıştırarak, Intel yeni malzemelerin nihayet ihtiyaç duyulduğunda ortaya çıkabilecek son dakika sürprizlerini önlemeyi ve üretimle ilgili zorlukları erken çözmeyi umuyor.
Intel Foundry için bu duyuru iki önemli mesaj veriyor. Öncelikle, Intel Foundry'nin yıllar, hatta on yıllar sonra ihtiyaç duyulacak teknolojiler üzerinde uzun vadeli araştırmalar yapmaya devam ettiği anlamına geliyor. Bu da, 2030'lar veya 2040'lar için yarı iletken endüstrisine çözümler sunacağı ve dolayısıyla güvenilir bir üretim ortağı olduğu anlamına geliyor. İkinci olarak, Intel, araştırma aşamasında bile yeni transistör konseptlerinin üretim kabiliyeti göz önünde bulundurularak geliştirilmesi gerektiğini gösteriyor.
