Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре (NTU Singapore) и Корейского института машиностроения и материалов (KIMM) разработали метод создания высокооднородной и масштабируемой полупроводниковой пластины, прокладывая путь к более высокому выходу микросхем и более экономичные полупроводники.
Полупроводниковые чипы, которые обычно используются в смартфонах и компьютерах, сложны и сложны в изготовлении, для их производства требуются высокотехнологичные машины и специальные условия.
Их изготовление обычно осуществляется на кремниевых пластинах, а затем нарезается на маленькие чипы, которые используются в устройствах. Однако этот процесс несовершенен, и не все чипы с одной и той же пластины работают или работают должным образом. Эти дефектные чипы выбрасываются, что снижает выход полупроводников и увеличивает стоимость производства.
Возможность производить однородные пластины желаемой толщины является наиболее важным фактором, обеспечивающим правильную работу каждого чипа, изготовленного на одной и той же пластине.
Печать на основе нанотрансфера - процесс, в котором используется полимерная форма для печати металлом на подложке под давлением или «штампованием», - в последние годы набирает обороты как многообещающая технология благодаря своей простоте, относительной экономичности, и высокая пропускная способность.
Однако в этом методе используется химический клейкий слой, который вызывает негативные последствия, такие как дефекты поверхности и снижение производительности при печати в масштабе, а также представляет опасность для здоровья человека. По этим причинам массовое внедрение технологии и последующее применение чипов в устройствах было ограничено.
В своем исследовании, которое было опубликовано в рецензируемом журнале ACS Nano, исследовательская группа из NTU и KIMM сообщила, что их метод печати без химикатов в сочетании с химическим травлением с помощью металла - метод, используемый для усилить контраст на поверхностях, чтобы сделать наноструктуры видимыми, что привело к полупроводниковым пластинам с нанопроволоками (наноструктуры в цилиндрической форме), которые были очень однородными и масштабируемыми. Полупроводник также продемонстрировал лучшую производительность по сравнению с текущими чипами на рынке. Кроме того, метод изготовления также является быстрым и обеспечивает высокий выход стружки.
Исследование является примером новаторского исследования, которое поддерживает стратегический план NTU 2025, направленный на решение глобальных проблем человечества и ускорение преобразования научных открытий в инновации, которые смягчают воздействие на окружающую среду и здоровье человека..
Новая технология печати без химикатов позволяет увеличить выход стружки
Недавно разработанная технология нанотрансферной печати, разработанная NTU и KIMM, достигается путем переноса слоев наноструктуры золота (Au) на подложку из кремния (Si) при низкой температуре (160°C) для формирования высокооднородной пластины с нанопроволоками, которые можно регулировать до желаемой толщины во время изготовления.
Техника печати, не содержащая химикатов, работает путем запуска прямой хемосорбции тонких металлических пленок под воздействием тепла - химической реакции, которая создает прочную связь между поверхностью подложки и адсорбируемым веществом.
Эта технология, совместимая с промышленностью, позволяет быстро и равномерно изготавливать пластины в масштабе (от нанометров до дюймов). В то же время изготовленная пластина почти не имеет дефектов, а это означает, что из-за низкой производительности практически не выбрасывается чип.
В ходе лабораторных испытаний совместная исследовательская группа смогла добиться более чем 99-процентного переноса пленки Au толщиной 20 нанометров на шестидюймовую пластину Si. Этот пригодный для печати размер пластины был ограничен лабораторной установкой, и команда NTU-KIMM считает, что их метод может быть легко масштабирован для использования на двенадцатидюймовой пластине - основном размере пластины в текущих производственных линиях производителей полупроводниковых микросхем, таких как Samsung, Intel. и GlobalFoundries.
Когда метод был принят для изготовления шестидюймовой пластины, результаты показали, что печатный слой остался неповрежденным с минимальным изгибом во время травления - процесса, который обычно приводит к разделению слоев - демонстрируя выдающуюся однородность и стабильность разработанной техники. от NTU и KIMM.
Кроме того, когда 100 световых датчиков, известных как фотодетекторы, были изготовлены на шестидюймовой пластине, была достигнута превосходная однородность характеристик, что подчеркивает ее превосходный потенциал для использования в коммерческом массовом производстве.
Техника открывает двери для более дешевых полупроводниковых чипов
Соведущий исследователь, доцент NTU Ким Мунхо из Школы электротехники и электронной инженерии сказал, что единообразие, масштабируемость и стабильность метода команды преодолевают основные узкие места, присутствующие в существующих методах нанотрансферной печати.
Достижения исследовательской группы NTU и KIMM в разработке метода более экономичного производства полупроводниковых микросхем могут привести к значительному прогрессу в области электроники и световых устройств, добавил доцент Ким.
Метод, разработанный исследовательской группой из NTU и KIMM, доказал свою эффективность в создании пластин с превосходной однородностью, что приводит к меньшему количеству дефектных полупроводниковых чипов. Реальность глобальных поставок чипов заключается в их уязвимости перед многими внешними факторами., включая нехватку материалов и непредвиденные события, такие как сбои в цепочке поставок, вызванные пандемией COVID-19. Таким образом, наш недавно разработанный метод может снизить напряженность в глобальных поставках чипов в будущем за счет увеличения выхода чипов. Кроме того, производители чипов могут также наслаждайтесь большей рентабельностью и более высокой доходностью», - сказал доцент Ким.
Подчеркивая важность работы, соавтор доктор Чон Джун-Хо, главный научный сотрудник отдела исследований наноконвергентных производственных систем в KIMM, сказал: «Метод, разработанный командой NTU-KIMM, новая концепция недорогой технологии массового производства высокооднородных и масштабируемых полупроводниковых наноструктур, которая может быть применена к массовому производству нанофотоники, высокопроизводительных нано-солнечных элементов, вторичных батарей следующего поколения и других."
Доктор. Чжон, который также является директором отдела планирования и координации исследований в KIMM, добавил, что сотрудничество между NTU и KIMM является примером успешного международного партнерства, которое привело к совместной заявке на патенты.
Исследовательская группа подала заявки на патенты в Корее и Сингапуре на разработанную ими технику.
Команда потратила три года на проектирование, изготовление и испытания новой техники, которые проводились в Наньянском центре нанопроизводства НТУ (N2FC).
В качестве следующих шагов исследовательская группа намерена расширить свою технологию с промышленным партнером для коммерциализации в течение следующих нескольких лет.