De klassieke schaalverkleining van chips, zoals decennialang beschreven door de Wet van Moore, nadert zijn fysieke grenzen. Naarmate transistoren kleiner worden, nemen problemen toe rond lekstromen en kwantumeffecten, wat de prestaties en betrouwbaarheid onder druk zet. Tegelijk blijft de vraag naar rekenkracht toenemen, onder meer door toepassingen in artificiële intelligentie en data-verwerking. Dat dwingt de halfgeleiderindustrie om alternatieve materialen en nieuwe transistorarchitecturen te verkennen.

2D-materialen gelden daarbij als een veelbelovende piste. Door hun extreem dunne structuur zijn ze geschikt als geleidingskanaal in toekomstige transistoren, waar klassieke siliciumkanalen moeilijk verder te verkleinen zijn. De technologische uitdaging schuilt echter in de uniforme afzetting van deze materialen op silicium-wafers en hun integratie in bestaande productieprocessen op industriële schaal.

Op IEDM presenteert imec, precies vijftig jaar na de historische bijdrage van Gordon Moore op dezelfde conferentie, twee onderzoeksdoorbraken die deze uitdagingen aanpakken. In samenwerking met TSMC ontwikkelde imec p-type transistoren op basis van wolfraamdiselenide (WSe₂). Deze 2D-transistoren halen recordprestaties en werden vervaardigd via processen die compatibel zijn met bestaande chip-productietechnologieën, wat het potentieel van 2D-materialen voor toekomstige chip-architecturen onderstreept.

Daarnaast focuste imec, samen met Intel, op de opschaling van 2D-transistoren richting industriële productie. Waar eerdere resultaten vooral beperkt bleven tot laboratoriumexperimenten op kleine schaal, richt dit onderzoek zich op integratie op 300mm-wafers, het standaardformaat voor massaproductie in de halfgeleiderindustrie. Hiervoor ontwikkelde imec nieuwe technieken om de verschillende bouwstenen van 2D-transistoren - zoals kanaal, contacten, poort en diëlektricum - efficiënter en betrouwbaarder in bestaande fabricageprocessen te integreren.

Volgens imec tonen deze resultaten aan dat de overstap van fundamenteel onderzoek naar industriële toepasbaarheid haalbaar wordt. Verdere optimalisatie blijft nodig, maar de samenwerking met wereldspelers als TSMC en Intel is een belangrijke stap richting de praktische inzet van 2D-materialen in toekomstige generaties chips.

Meer info: 016/28.12.11 of https://www.imec.be