新型功能材料成功集成至硅芯片

刘海英

2016年07月23日08:43  来源:科技日报
 
原标题:新型功能材料成功集成至硅芯片

  科技日报华盛顿7月21日电 (记者刘海英)美国北卡罗来纳州立大学21日发布新闻公报称,该校研究人员与美国陆军研究办公室合作开发出一种新方法,可将多铁性材料等新型功能材料集成至计算机芯片上。这一方法将有助于未来制造出更轻巧、智能的电子设备和系统。

  一些新型功能材料,如具有铁电和铁磁性质的多铁性材料、表面有导电性能的拓扑绝缘体及新型铁电材料等,在传感器、非易失性存储器及微机电领域有很好的应用前景。但这些材料目前面临的一个难题是,至今它们都不能被集成到硅芯片上。

  此次,美国研究人员开发出一种被称为“薄膜外延法”的新方法。他们设计了两种可与硅兼容的板层——氮化钛板层和钇稳定氧化锆板层,作为连接新功能材料与不同电子产品硅芯片的底层基质(平台),然后利用其开发的一套缓冲薄膜,将功能材料与硅芯片集成在一起。这些薄膜一面与新型功能材料的晶体结构结合,另一面与底层基质结合,从而起到有效的连接作用。研究人员称,集成的功能材料不同,所使用的薄膜组合也不同。比如,集成多铁性材料会使用氮化钛、氧化镁、氧化锶和镧锶锰氧化物这4种类型的薄膜组合;而集成拓扑绝缘体则仅会使用氧化镁和氮化钛两种薄膜。

  研究人员表示,将新型功能材料与硅芯片集成,会使很多过去认为不可能的事成为可能。如仅用一个紧凑的芯片即可完成数据探测、采集、处理任务,这有助于设计出更高效、轻巧的设备。此外,有了这一方法,还可克服目前发光二极管(LED)所用蓝宝石衬底无法与计算机设备兼容的难题,在芯片上创建LED,设计出“智能灯”。

  新闻公报中称,研究人员已为此项集成技术申请了专利。相关研究成果刊发在《应用物理评论》期刊上。

  总编辑圈点

   硅芯片制造工艺正逼近物理极限,为满足摩尔定律增长要求,要么寻找全新材料替代硅——石墨烯、二硫化钼或者单原子层锗,要么创新方法来拓展硅芯片的能力——将更符合要求的新材料高效集成在硅衬底上。相较而言,完全替代原有技术路线,不仅需要大量资金投入,产业充分竞争和协作也必不可少;在成熟技术上深部挖潜,成本虽然低很多,却难以带来翻天覆地的全新业态。好在科技进步不同于政治更迭,革命派和改良派都值得充分尊重。

(责编:熊旭、林露)

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