《美国能源部资助阿贡国家实验室400万美元用于二维材料微芯片研究》

• 来源专题：集成电路
• 发布时间：2024-04-01
• 原文来源： https://www.anl.gov/article/us-department-of-energy-awards-argonne-national-laboratory-4-million-for-energyefficient-microchip

据官网2月22日报道，美国阿贡国家实验室宣布获得美国能源部（DOE）先进材料和制造技术办公室的“二十年能源效率规模化（EES2）”计划拨款400万美元，用于使用原子层沉积（ALD）技术研发超低能耗微芯片的新材料和器件。这项研究将持续两年半时间，旨在利用阿贡国家实验室在ALD技术方面的开创性工作，并结合斯坦福大学、西北大学和博伊西州立大学的专业优势，合作开发出电力使用量为目前芯片五十分之一的微芯片，为微电子寻找节能解决方案。

ALD技术可以在复杂的3D基板上制备各种薄膜，是制造超低功率电子设备的理想技术。这项项目研究的关键创新是阿贡国家实验室的科学家使用ALD技术重新设计微芯片，开发出一种基于MoS2的2D半导体场效应晶体管（2D FET）和存算一体晶体管（又称记忆元件晶体管），以缩小微处理器之间的差距。由于不使用3D硅薄膜将存储器和逻辑器堆叠在一起，为微芯片留下了更多空间进行更有效堆叠，有可能减少90%的能源使用量。阿贡国家实验室的科学家正在研究ALD MoS2在存算一体晶体管中的应用，用于构建神经形态电路的电子元件。神经形态电路模仿大脑中神经元之间的连接，制造出能耗显著减少的微芯片。与传统的硅器件相比，神经形态电路有可能使用目前芯片一百万分之一的能量。

通过在高温下生长MoS2，2D FET和存算一体晶体管已经在实验室成功实现。阿贡国家实验室的科学家希望将这项技术提升到中试规模演示的新水平，通过在低温下将MoS2沉积在披萨大小的大尺寸晶圆上满足商业制造需求。在这个DOE研发项目中，研究团队将确保ALD MoS2与当前的半导体制造工艺兼容。

合作机构的科学家将利用其独特专业知识推进项目的特定领域。斯坦福大学将开发2D-FET器件，西北大学将使用ALD MoS2开发存算一体晶体管，博伊西州立大学将对ALD MoS2涂层进行先进表征以评估材料质量。

在实验工作的同时，阿贡国家实验室还使用高性能计算机对集成2D材料的电路进行建模和模拟，并进行能源节约测量以及与当前硅技术性能比较。