(Carbon nanotube transistors make the leap from lab to factory floor)
2020/6/1 ｱﾒﾘｶ合衆国・ﾏｻﾁｭｰｾｯﾂ工科大学(MIT)
・ MIT が、標準的な 200mm ウェハーでカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ(carbon nanotube field-effect ransistors: CNFETs)を低コストで大量に製造する技術を実証。
・ 研究室での少量の製造に留まっていた CNFETs を、米国の商用シリコン製造施設(Analog Devices)および半導体ファウンドリ(SkyWater Technology)にて、シリコントランジスタ用の設備で製造した。
・ シリコントランジスタ製造技術の進展は、コンピューティングの価格を引き下げ、エネルギー効率を向上させてきたが、集積回路のトランジスタ数の増加に伴い従来のようなエネルギー効率向上が図れなくなっている。
・ CNFETs は、シリコントランジスタを約 1 桁上回るエネルギー効率を提供。また、シリコントランジスタの製造には約 450℃～500℃の高温度を要するが、CNFETs は室温下で製造できるため、回路の上に別の回路の層を作ることで 3D 構造のチップの作製が可能に。ロジックとメモリ機能を取り込んだ 3D コンピュータチップでは、最先端のシリコン製 2D チップを大幅に超える性能が見込める。
・ 研究室で CNFETs を作製する最も効果的なインキュベーション手法では、ウェハーをナノチューブの溶液に浸してその表面にナノチューブを積層するが、ウェハー上でナノチューブを整列させることが不可能。ナノチューブの数とその配列は、CNFETs の性能を決定づけるもの。
・ 今回、同インキュベーション手法に改良を加え、工業生産により適した手法を開発。ウェハーを間欠的に乾燥させることで、従来は 48 時間の浸漬を 150 秒に短縮し、ACE(artificial concentration through evaporation)手法で、ウェハーをタンクに浸す代わりに少量のナノチューブ溶液をウェハーに積層。同溶液の緩慢な蒸発により、ナノチューブの濃度とウェハーに積層されたナノチューブの密度が高まる。
・ これらの改良により、生産コストを低減しながら製造プロセス速度が 1,100 倍超向上。新製造プロセスでは、ウェハーの端から端まで CNTs を積層し、14.400×14,400 の CNFETs アレーを作製した。
・ 今後は工業施設で CNFETs を使用した集積回路を数種類作製し、3D チップの新しい機能について調査する。
URL: http://news.mit.edu/2020/carbon-nanotube-transistors-factory-0601
＜NDO海外技術情報より＞
（関連情報)
Nature Electronics 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Fabrication of carbon nanotube field-effect transistors in commercial silicon manufacturing facilities
URL: https://www.nature.com/articles/s41928-020-0419-7
Abstract
Carbon nanotube field-effect transistors (CNFETs) are a promising nanotechnology for the development of energy-efficient computing. Despite rapid progress, CNFETs have only been fabricated in academic or research laboratories. A critical challenge in transferring this technology to commercial manufacturing facilities is developing a suitable method for depositing nanotubes uniformly over industry-standard large-area substrates. Such a deposition method needs to be manufacturable, compatible with today’s silicon-based technologies, and provide a path to achieving systems with energy efficiency benefits over silicon. Here, we show that a deposition technique in which the substrate is submerged within a nanotube solution can address these challenges and can allow CNFETs to be fabricated within industrial facilities. By elucidating the mechanisms driving nanotube deposition, we develop process modifications to standard solution-based methods that significantly improve throughput, accelerating the deposition process by more than 1,100 times, while simultaneously reducing cost. This allows us to fabricate CNFETs in a commercial silicon manufacturing facility and high-volume semiconductor foundry. We demonstrate uniform and reproducible CNFET fabrication across industry-standard 200 mm wafers, employing the same equipment currently being used to fabricate silicon product wafers.
