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石墨烯整合到传统的硅基生产线工艺步调与集成计划

时间:2019-06-18来源:申博太阳城浏览次数:

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由于其优胜的固有特征,包罗极高的载流子迁移率、掩盖远红外(IR)至紫外(UV)局限的宽光学吸取和极高的比外面积,石墨烯资料引起了普遍的存眷。在单个装备的程度,这些固有特征已被用于竖立逾越其既定半导体偕行高机能装备,包罗IR光检测器,霍尔效应的磁场传感器,气压传感器和气体传感器。但五十多年来,硅资料一向是微电子范畴的主角,其相对简朴的消费和加工线路关于成为大型市场中最轻易高效的半导体功不可没。这正是其他相似石墨烯等二维资料面对的生长、加工和集成到半导体消费线相干的应战。

图1、石墨烯及相干二维资料的潜伏运用范畴。


【全文简介】


将石墨烯整合到传统的硅基消费线中有较大的运用远景,由于可运用已完美的加工步调,从而减小工程量。在这里,作者运用硅CMOS平台为例,概述了如何举行石墨烯的集成;详细的工艺步调和集成计划依据所开辟的详细运用而分歧。硅MEMS手艺的制作历程具有多样性,险些每种产物都须要特定和奇特的制作手艺,可称为“MEMS轨则”。为了议论一样平常性,作者集合议论最常见的微电子制作步调中发作的主要优化应战及其可以或许的解决计划。


【集成阶段】


半导体制作一样平常分为前端(FEOL)和后端(BEOL),它不只界说了消费线中装备的状况,还设置了触及的工艺步调的边界条件,从而影响资料集成的全部历程。一样平常FEOL包罗集成电路制作的第一步,其主要触及晶体管/器件制作。BEOL处置惩罚主要触及金属互连,响应的介电层和散布屏蔽的制作。图2a为典范硅CMOS构造的示意图,透露表现FEOL和BEOL部件。这类区分以及FEOL和BEOL之间的挑选非常主要,其界说了集成历程的参数空间。

图2、BEOL集成的流程图。(a)石墨烯集成前CMOS芯片的横截面示意图,透露表现FEOL和BEOL部件。(b)将石墨烯转移到全部晶片上。(c)运用氧等离子体绘制石墨烯层。(d)运用介电层封装石墨烯。(e)经由过程干蚀刻手艺蚀刻穿过顶部介电层。(f)经由过程金属添补通孔,供应与石墨烯的边沿打仗。


若是在BEOL步调中集成石墨烯,则石墨烯将相对阔别活性硅器件,而且与FEOL比拟,对金属污染的限定将明显削减,由于集成的散布屏蔽可防止对硅器件的破坏。别的,BEOL中的资料不是结晶的,而是具有无定形的外面或由聚合物构成的外面。这也是石墨烯的一个主要上风和时机,其可以或许在非晶态外面生长,也可以或许在零丁的衬底上生长后转移到非晶态外面上。


石墨烯器件与可用于掌握、数据读出和数据处置惩罚的硅CMOS逻辑电路的集成须要全BEOL集成计划(图2b-f),以制止影响硅晶体管制作和后续机能。因而,以下局部将重点议论BEOL集成作为一个示例,作者愿望分歧的运用程序须要针对所触及的流程步调接纳分歧的解决计划。


新能源汽车销量暂别高增长 中国新能源汽车步入2.0阶段

中国汽车市场的增长引擎面临“熄火”风险。 近期,中国汽车工业协会发布的5月销售数据显示,当月汽车总体销量呈现继续下滑的趋势,而近年来高速增长的新能源汽车也暂别高增长,进入了低速增长阶段。 在车市整体低迷的背景下,新能源汽车也未能幸免。而在补贴等政策福利消退的情况下,新能源汽车更是“如临大限”。根据此前公布的文件,6月25日将会是最新补贴政策执行的最后一天“缓冲期”,此后,市场上的电动汽车要么涨价,要么将向车企转嫁一部分成本。 作为一项仍处于发展初期的产业,新能源汽车近年来快速走入市场,被视为低迷车市中的“新希望”,并承担了重塑汽车产业格局的重任,然而,残酷的现实是,它也许还没有成熟到可以直面燃油车的竞争。 从生产成本上而言,以电动车为主的新能源汽车远未达到和传统燃油车相同的水平,而随着汽车销量的持续下滑,燃油车接二连三进行价格下探,也进一步挤压了新能源汽车的增长空间。事实上,大

【近况与应战】


石墨烯集成的第一步是生长,如前所述,它可以或许直接发作在目的外面,也可以或许在零丁的衬底上举行后续转移。已证实石墨烯在BEOL兼容温度下在无定形外面上直接生长,然则其历程当中的高温与BEOL不兼容。基于生长历程石墨烯在零丁的模板上生长然后转移到目的外面黑白常抱负的解决计划,由于它将生长历程与终究基板星散。因而,可以或许运用高温来生长,而且可以或许在催化活性和结晶取向方面优化下面的基底。


虽然石墨烯在金属外面上的CVD生长得到了很好的生长,而且使载流子迁移率靠近理论声子极限,但转移历程现在是器件机能的限定步调。别的,在转移时期处置惩罚石墨烯层会引入机器毁伤或过分的应力,这也会下降器件机能,以至可以或许致使器件完整失效。单晶在预定地位的模板化生长或准单晶生长供应了石墨烯尺寸限定的解决计划,然则经由过程大面积对应物替换微机器剥落的微米级hBN是抱负的但具有应战性。现在尚不清晰石墨烯从金属外面的机器分层如安在须要的尺寸局限内起作用。


别的,石墨烯的电打仗关于任何电子、光子和传感器装配是必不可少的。作为一样平常划定规矩,若是打仗电阻对总器件电阻没有明显孝敬,则认为打仗电阻是可接受的。在曩昔的几年一向致力于开辟石墨烯的低欧姆打仗,而且有几种挑选可以或许为大多数运用供应足够低的打仗电阻。但是,若是石墨烯在打仗制作之前被封装,则须要打仗孔,已为封装器件开辟了边沿触点,其供应约莫200-300Ωμm的特定打仗电阻。迄今为止,经由过程边沿和顶部触点(即穿孔石墨烯上的顶部触点)的组合完成了最低的打仗电阻,其值低至23Ωμm。与石墨烯比拟,半导体TMD的欧姆打仗仍然是一个悬而未决的题目。事实上,大多数金属与TMD层构成非欧姆肖特基结,致使相对较高且偏置相干的打仗电阻。可以或许经由过程从半导体到金属相的受控相变来供应用于构成与TMD的欧姆打仗的替换线路。


只管现在工业化还没有完成,但关于石墨烯与BEOL相容的工艺流程的集成所需的一切主要工艺步调存在解决计划。表1总结了这些主要步调,症结参数和潜伏的手艺解决计划。

表1、石墨烯集成到半导体消费线的症结工艺步调、参数和可以或许的解决计划


石墨烯体系设想现在是一个鸡生蛋照样蛋生鸡的题目。理论上有许多装备模子许可设想电路和体系,然则,如前所述,这些装备缺少可重复性和稳定性。因而,初期的设想观点不克不及被归纳综合和标准化。相反,发起接纳一种资料-装备-电路团结设想要领,在这类要领中,资料分解和装备制作方面的专家从手艺生长的末了阶段就与电子电路和体系社区就电路和体系级的需求举行打仗。必需竖立反应回路,使资料和设想可以或许依据回路的长处举行转变。


【瞻望】


与Ge、GaAs或InP等其他半导体比拟,石墨烯具有与BEOL处置惩罚和集成兼容的症结上风。别的,基础的流程步调可以或许顺应其他运用手艺的特定需求。只管应战依旧存在,但石墨烯器件的晶片级处置惩罚并没有基础的停滞,只是工程题目如再现性、变异性、制作产量和耐用性的装备必需加以解决。一旦处置惩罚完整自动化并在晶片范围上实行,估计将朝着统计相干数据集迈出主要一步。接下来,估计将涌现中等范围的市场,不再是手工制作和手工挑选的装备,但消费本钱仍高于自力的硅基体系。但是,由于石墨烯的运用,这些基于功用提拔的本钱也有了公道的诠释。估计这类第二次市场渗入将在将来两到八年内发作。末了,一旦竖立了一个基础的生态体系和供应链,就可以或许预期大批量消费。但是关于展望哪种基于石墨烯的装备将领先完成这一目的,或许在此时期它是不是会被其他2D资料逾越,还为时尚早。


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