Шанхайський стартап Yuanjiwei заявив про запуск першої у світі тестової виробничої лінії 2D-напівпровідників. Це розробка потенційно може змінити глобальну напівпровідникову промисловість і дати Китаю альтернативу технологіям, які зараз покладають під американські санкції.
Альтернатива EUV-літографії: новий підхід до виробництва мікросхем
Досі створення найсучасніших комп’ютерних чипів залежало від машин EUV-літографії, які вважаються критично важливими для мікроелектроніки. Експортні обмеження значною мірою позбавили Китай доступу до цієї технології, створивши серйозну перешкоду для розвитку напівпровідникового виробництва в країні.
На противагу цьому Yuanjiwei демонструє, що майбутнє виробництво обчислювальної техніки взагалі може обходитись без машин екстремального ультрафіолетового випромінювання. Компанія створила пілотну виробничу лінію для виготовлення 8-дюймових мікросхем на базі 2D-напівпровідників — матеріалів, здатних замінити традиційний кремній.
Чому двовимірні матеріали видаються перспективними
Напівпровідникова індустрія досягає меж технології на основі кремнію. Протягом десятиліть виробники поліпшували продуктивність мікросхем шляхом мініатюризації транзисторів. Однак коли ці компоненти наближаються до атомних розмірів, виробництво стає надзвичайно вартісним і складним. Крім того, малі транзистори страждають від витоків струму навіть у вимкненому стані, що призводить до втрат енергії та надмірного тепловиділення.
Дослідники по всьому світу шукають альтернативи, і двовимірні матеріали розглядаються як одні з найперспективніших кандидатів. На відміну від тривимірної кристалічної структури кремнію, електрони в 2D-матеріалах рухаються переважно в межах надтонкого шару. Ця унікальна будова дозволяє транзисторам зберігати високі електричні властивості навіть у надзвичайно малих масштабах.
«Порівняно зі звичайними кремнієвими мікросхемами, двовимірні напівпровідники мають низку потенційних переваг. Завдяки атомній товщині цих матеріалів транзистори можна зменшувати без використання дедалі складніших структур», — зазначає голова ради директорів Yuanjiwei Бао Веньчжун.
Ще одна перевага полягає у комбінуванні 2D-напівпровідників з 3D-шаруванням мікросхем. Через надзвичайну тонкість цих матеріалів багатошарові електронні схеми можна розміщувати ефективніше, збільшуючи обчислювальну потужність та щільність пам’яті без істотного зростання розмірів пристроїв.
Від лабораторії до виробництва: найбільший виклик
2D-матеріали вивчаються понад 10 років, проте масштабування від лабораторних зразків до промислових об’ємів виявилось надзвичайно складним завданням. Саме тому індустрія дотепер сильно залежить від кремнієвих транзисторів.
Розробники Yuanjiwei не винайшли новий матеріал, однак створили промисловий процес для трансформації лабораторних прототипів у реальні мікросхеми. За словами представників компанії, нова пілотна лінія охоплює весь виробничий цикл — від підготовки 2D-напівпровідників до їхньої інтеграції у готові пристрої. Це включає й процес підготовки до виробництва (tape-out), завершального етапу проєктування перед запуском у серію.
Попередні дослідження продемонстрували, що двовимірні матеріали придатні для створення високопродуктивних електронних пристроїв, а науковці нещодавно показали методи вирощування та виробництва цих надтонких матеріалів у масштабі пластин. Проте ці зусилля були зосереджені переважно на доказі концепції, а не на створенні повноцінного виробничого конвеєра.
План Yuanjiwei на майбутнє
Компанія планує використати цю виробничу базу для розробки передових процесів і досягнення до 2029 року технології виробництва мікросхем, еквівалентної 5-нм техпроцесу, без залучення EUV-літографії. Однак це завдання буде значно складнішим за вихідні заяви.
- Жодна компанія не може самостійно комерціалізувати 2D-напівпровідники — необхідний одночасний розвиток всіх ланок ланцюга поставок
- Залишаються технологічні питання щодо кількості гідних пристроїв зі стабільною роботою на етапі масового виробництва
- Потребуються додаткові рішення для підготовки матеріалів, виготовлення пристроїв та інтеграції мікросхем
Попри ці виклики, якщо Yuanjiwei досягне успіху, це може відкрити Китаю шлях до виробництва передових мікросхем і дозволити обійти одну з найбільш жорстко обмежених технологій у глобальній напівпровідниковій промисловості.
