ムーアの法則とエレクトロニクスの進化をさらに引き出す次元の統合(Integrating dimensions to get more out of Moore’s Law and advance electronics)

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2024-01-10 ペンシルベニア州立大学(PennState)

◆ペンシルバニア州立大学の研究者らは、ムーアの法則による電子デバイスのスケーリング限界を乗り越える手段として、2D材料と3D統合を提案しています。現行のチップ技術では、トランジスタをますます狭い空間に収めるのが難しくなっているため、新たな手法が求められています。
◆研究では、2D材料で作られたトランジスタを含む3D統合が可能であり、これにより計算能力向上だけでなく、異なる層で多様な機能を実現できると報告されています。この手法はエネルギー効率も向上させ、将来の電子デバイスの進化に寄与する可能性があります。

<関連情報>

2次元電界効果トランジスタの3次元集積化 Three-dimensional integration of two-dimensional field-effect transistors

Darsith Jayachandran,Rahul Pendurthi,Muhtasim Ul Karim Sadaf,Najam U Sakib,Andrew Pannone,Chen Chen,Ying Han,Nicholas Trainor,Shalini Kumari,Thomas V. Mc Knight,Joan M. Redwing,Yang Yang & Saptarshi Das
Nature  Published:10 January 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06860-5

extended data figure 1

Abstract

In the field of semiconductors, three-dimensional (3D) integration not only enables packaging of more devices per unit area, referred to as ‘More Moore’1 but also introduces multifunctionalities for ‘More than Moore’2 technologies. Although silicon-based 3D integrated circuits are commercially available3,4,5, there is limited effort on 3D integration of emerging nanomaterials6,7 such as two-dimensional (2D) materials despite their unique functionalities7,8,9,10. Here we demonstrate (1) wafer-scale and monolithic two-tier 3D integration based on MoS2 with more than 10,000 field-effect transistors (FETs) in each tier; (2) three-tier 3D integration based on both MoS2 and WSe2 with about 500 FETs in each tier; and (3) two-tier 3D integration based on 200 scaled MoS2 FETs (channel length, LCH = 45 nm) in each tier. We also realize a 3D circuit and demonstrate multifunctional capabilities, including sensing and storage. We believe that our demonstrations will serve as the foundation for more sophisticated, highly dense and functionally divergent integrated circuits with a larger number of tiers integrated monolithically in the third dimension.

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