China’s Doorbraak in de Halfgeleiderindustrie: Het Eerste Siliciumloze 2D GAA Transistor
China blijft zijn positie in de halfgeleiderindustrie verstevigen, ondanks de strenge beperkingen opgelegd door de Verenigde Staten. Onder leiding van professor Peng Hailin heeft een team van onderzoekers van de Peking Universiteit het eerste siliciumloze 2D GAA-transistor (Gate-All-Around Field-Effect Transistor) gepresenteerd. Deze revolutionaire doorbraak, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, introduceert een op bismut gebaseerd materiaal dat de prestaties van huidige transistors zou kunnen overtreffen.
Een Mijlpaal in de Evolutie van Transistors
GAAFET-transistors vertegenwoordigen de volgende stap na de traditionele MOSFET- en FinFET-technologieën, met volledige controle over het geleidingskanaal. Tot nu toe was hun ontwikkeling echter afhankelijk van silicium. De innovatie van het Chinese team is het gebruik van Bi₂O₂Se (bismutoxide-selenide) als halfgeleider, waarmee ze de eerste siliciumloze 2D GAA-configuratie hebben bereikt.
Professor Peng Hailin beschrijft deze doorbraak als een keerpunt: “Het is de snelste en meest efficiënte transistor ooit gemaakt. Als innovaties met bestaande materialen als een ‘snelkoppeling’ worden beschouwd, dan is onze ontwikkeling van transistors op basis van 2D-materialen een ‘rijstrookwisseling’.â€
Vergelijking met de Brancheleiders
Het onderzoeksteam stelt dat hun transistor betere prestaties en efficiëntie biedt dan oplossingen van toonaangevende fabrikanten zoals Intel, TSMC en Samsung. Onder gelijke operationele omstandigheden vertoonde de Chinese transistor een 40% betere prestatie en 10% hogere energie-efficiëntie in vergelijking met TSMC’s N3B. Dit zou het apparaat op gelijke voet kunnen brengen met geavanceerde processen zoals TSMC’s N3X of zelfs N2.
Voordelen van het Siliciumloze 2D GAA Transistor
Het gebruik van Bi₂SeO₅ als dielektrisch materiaal maakt de transistors flexibeler en duurzamer, met betere elektronmobiliteit in vergelijking met silicium. Volgens de onderzoeksgegevens vertoont de nieuwe transistor een elektronenmobiliteit van 280 cm²/Vs en een subdrempeloscillatie van 62 mV/dec, wat dicht bij de ideale theoretische limiet van 60 mV/dec ligt.
Enkele belangrijke voordelen zijn:
- Betere integratie in huidige CMOS-architecturen.
- Lagere energieconsumptie in elektronische apparaten.
- Hogere integratiedichtheid die de schaalvergroting optimaliseert.
Uitdagingen en Grootschalige Haalbaarheid
Ondanks de voordelen staan de adoptie en implementatie van deze technologie voor verschillende belangrijke uitdagingen:
- Schaalbaarheid en massaproductie: De fabricage van wafels met dit materiaal en de integratie in conventionele lithografische processen zijn nog niet op grote schaal getest.
- Productiekosten: Zonder een gevestigde infrastructuur voor de vervaardiging van siliciumloze chips, kunnen de initiële kosten hoog zijn.
- Industriele compatibiliteit: Hoewel de transistor compatibel is met CMOS-architecturen, zal de implementatie veranderingen in de huidige productieprocessen vereisen.
Een Stap Vooruit in de Wereldwijde Technologische Race
Deze doorbraak vindt plaats in een context van toenemende technologische beperkingen die de VS tegen China hebben opgelegd. Met het verbod op toegang tot geavanceerde hulpmiddelen zoals EUV-lithografie, heeft China gekozen voor een alternatieve strategie: disruptieve innovatie. In plaats van op dezelfde voorwaarden te concurreren, ontwikkelt het Aziatische land technologieën die de beperkingen van silicium zouden kunnen overstijgen.
Hoewel het nog te vroeg is om te zeggen of siliciumloze 2D GAA-transistors grootschalig zullen worden geadopteerd, vertegenwoordigt deze ontdekking een belangrijke stap in de wereldwijde technologische race. De halfgeleiderindustrie is voortdurend in beweging, en China heeft bewezen dat het, ondanks de beperkingen, blijft zoeken naar manieren om te innoveren en de westerse dominantie in deze cruciale sector uit te dagen.
Referenties: mynews en Nature