1. Kemunculan Transistor Terma

Transistor haba revolusioner yang dibangunkan oleh pasukan penyelidik di University of California, Los Angeles (UCLA), telah mencapai kemajuan teknologi terobosan. Ia mempunyai potensi yang tiada tandingan dalam reka bentuk peringkat atom dan kejuruteraan molekul untuk pengurusan haba cip komputer.

Transistor haba semua keadaan pepejal jenis baharu ini menggunakan kesan medan elektrik untuk mengawal pergerakan haba dengan tepat dalam komponen semikonduktor. Ia mempunyai potensi yang tiada tandingan dalam reka bentuk peringkat atom dan kejuruteraan molekul untuk pengurusan terma cip komputer, sambil juga menunjukkan keserasian yang sangat baik dengan proses pembuatan semikonduktor semasa.

Transistor ini telah mencapai kelajuan pensuisan yang memecahkan rekod melebihi 1 terahertz dan menawarkan kebolehlarasan 1300% dalam kekonduksian terma, melepasi had sebelumnya dalam modulasi kekonduksian terma.

Untuk mengesahkan teknologi ini, antara muka molekul yang dipasang sendiri digunakan untuk melaraskan rintangan haba dengan tepat melalui medan elektrik, menunjukkan kawalan pergerakan haba.

Inovasi teknologi berskala ini bukan sahaja menandakan lonjakan ketara dalam pembuatan dan prestasi cip tetapi juga menjanjikan untuk memajukan pengurusan terma pada peringkat molekul, yang berpotensi meluas ke alam sel hidup.

Sokongan teknikal disediakan oleh Kemudahan Penyelidikan Nanoelektronik UCLA dan CNSI, dengan sumber maklumat daripada bahagian Penyelidikan dan Pendidikan Digital Perpustakaan UCLA dan Ekosistem Penyelarasan Infrastruktur Rangkaian Lanjutan Institut Penyelidikan Digital dan Pendidikan.

2. Peningkatan kepada Mesin Litografi EUV ASML

Pada tahun 2023, ASML menyampaikan pengimbas High-NA EUV pertamanya, Twinscan EXE:5000, kepada Intel. Pembangunan kerjasama mesin ini bermula pada 2018. Intel merancang untuk menggunakan Twinscan EXE:5200 gred komersial untuk pengeluaran volum tinggi pada 2025.

Kanta 0.55 NA bagi pengimbas High-NA EUV memastikan resolusi 8nm, yang penting untuk penghasilan cip canggih pada 3nm dan seterusnya. Sebagai syarikat pertama yang menerima pakai peralatan canggih ini, Intel memperoleh kelebihan strategik dalam menetapkan piawaian industri, berpotensi mengatasi pesaing Samsung dan TSMC pada masa hadapan.

Pengimbas High-NA menampilkan keupayaan unik, dengan saiz rasuk dibelah dua lagi, memerlukan pelaburan infrastruktur yang besar. Penggunaan awal teknologi terkini Intel ini merupakan langkah persediaan yang penting untuk menggunakan teknik pembuatan yang lebih maju. ASML telah komited untuk menghasilkan 20 pengimbas EUV High-NA setiap tahun menjelang 2027-2028, meletakkan teknologi ini sebagai asas untuk kemajuan masa hadapan. Intel menyasarkan untuk mengukuhkan dirinya sebagai peneraju industri.

3. Cip Rekaan AI

Kertas penyelidikan kontroversi yang diterbitkan oleh Google mendakwa kemajuan yang ketara dalam kecerdasan buatan untuk reka bentuk cip, menghantar gelombang kejutan melalui industri.

Google mendakwa bahawa teknologi kecerdasan buatannya telah mempercepatkan perancangan susun atur unit pemprosesan asas cip AInya, menyelesaikan tugas dalam masa kurang dari enam jam, jauh melebihi keupayaan pakar manusia.

Cip TPU v5 telah mencetuskan kontroversi. Google mendakwa bahawa tujuannya bukan untuk menggantikan pereka manusia tetapi untuk menunjukkan bahawa AI boleh bekerjasama dalam proses reka bentuk cip. (Rakyat Amerika juga bimbang tentang AI mengambil kerja mereka, dan Google mengatakan mereka hanya bereksperimen dan tidak akan benar-benar menggunakannya. Adakah anda percaya mereka?)

Walaupun terdapat keraguan daripada penyelidik rakan sebaya tentang kesahihan kajian ini dan cabaran yang masih ada, ia memainkan peranan penting dalam memacu inovasi teknologi. Setelah teknologi matang, landskap industri reka bentuk cip ditetapkan untuk transformasi besar.

4. Teknologi Bekalan Kuasa Terbalik untuk Cip

Intel dengan berhati-hati memperkenalkan teknologi baharu, PowerVia, bersama pelancaran RibbonFET. PowerVia menggunakan penghantaran kuasa bahagian belakang dengan meletakkan sambung kuasa pada bahagian bawah silikon, menghasilkan peningkatan frekuensi 6%, reka bentuk yang lebih padat dan pengurangan 30% dalam pelesapan kuasa.

Ujian menunjukkan bahawa tiada peningkatan dalam kos dan tiada pengurangan dalam kebolehpercayaan. Proses pembuatan termasuk skala nano melalui penggerudian (TSV), ikatan wafer pembawa, dan mewujudkan sambungan kuasa di bahagian bawah cip. Walaupun kerumitan tambahan, Intel mencapai penjimatan kos dengan mengoptimumkan lapisan M0 tanpa sambungan kuasa.

PowerVia telah berjaya disepadukan ke dalam proses pengeluaran Intel, membuka jalan untuk nod 20A dengan transistor RibbonFET pada tahun 2024. Kemajuan ini meletakkan Intel berpotensi mengatasi pesaing seperti TSMC dan Samsung dalam transistor nanosheet dan penghantaran kuasa bahagian belakang.

5. Cip Bersepadu Laser

Litar Bersepadu Photonics (PIC) telah melihat aplikasi yang meluas dalam transceiver optik berkelajuan tinggi dan aplikasi seperti LIDAR. Walau bagaimanapun, penyepaduan laser pada cip fotonik silikon kekal sebagai cabaran penting kerana kecekapan pelepasan silikon yang terhad. Pusat penyelidikan nanoelektronik Belgium, Imec, mengetuai usaha penyelidikan ini. Dalam proses yang dipanggil ikatan cip selak, cetakan laser diselaraskan dengan tepat dengan ketepatan sub-mikron, dipindahkan dan diikat pada wafer fotonik silikon.

Proses fotonik silikon peringkat wafer telah mencapai kecekapan gandingan sehingga 80%, dengan beberapa contoh aplikasi mencapai 60% yang memuaskan. Ini menunjukkan keberkesanan pendekatan ini.

Terdapat pelbagai kaedah untuk memindahkan cetakan laser. Satu pendekatan ialah percetakan pemindahan mikro, yang menggunakan pelekat atau ikatan molekul untuk pemasangan dan gandingan pantas. Kaedah ini sangat berharga dalam senario pemprosesan tinggi di mana sejumlah besar komponen III-V perlu disepadukan. Ikatan wafer ialah satu lagi teknik untuk mengikat bahan III-V kepada wafer silikon, membolehkan pemprosesan selari berbilang peranti dan menawarkan kecekapan yang lebih tinggi untuk antara muka optik.

Teknologi Imec ialah integrasi monolitik, juga dikenali sebagai Nano Ridge Engineering (NRE), mewakili pendekatan termaju. Kaedah ini menggunakan kurungan parit untuk mengehadkan kecacatan, bertujuan untuk mencapai pertumbuhan bebas kecacatan bahan III-V pada silikon.

Teknologi NRE Imec membolehkan pengeluaran fotodiod berasaskan GaAs berkualiti tinggi pada barisan pengeluaran silikon 300mm.

Pemprosesan cip flip menawarkan kesederhanaan dan fleksibiliti, tetapi sifat berjujukannya mengehadkan kecekapan pengeluaran. Sebaliknya, pencetakan pemindahan mikro dan ikatan wafer, walaupun memerlukan kos yang lebih tinggi, menunjukkan daya pemprosesan yang lebih tinggi dan potensi kos yang lebih rendah dalam aplikasi yang memerlukan berbilang laser bagi setiap IC foton. Penyepaduan monolitik, khususnya NRE, memberikan hala tuju yang menjanjikan dengan menangani cabaran asas pertumbuhan bebas kecacatan secara langsung pada silikon untuk komponen asas. Dengan penyebaran dan kemajuan proses ini, ia bersedia untuk melayani pelbagai keperluan aplikasi dengan lebih baik dalam bidang fotonik silikon.

6. Gabungan Foton

Penyelidik di Makmal Congreve Universiti Stanford merintis teknologi fotokromik, memfokuskan pada penukaran frekuensi tinggi, yang menukarkan dua foton tenaga rendah kepada satu foton bertenaga tinggi. Menggunakan kaedah penghapusan triplet-triplet dan memanfaatkan sifat pemekaan triplet logam berat seperti paladium, iridium atau platinum, bersama-sama dengan bahan mudah rangsang seperti rubrena, pasukan itu telah berjaya mencapai pelepasan foton bertenaga tinggi yang cekap.

Proses ini menukarkan panjang gelombang cahaya kepada panjang gelombang yang boleh diserap oleh sel suria silikon, pada asasnya menukar warna cahaya (teknologi perubahan warna). Teknik ini telah digunakan untuk meningkatkan kecekapan tenaga suria, berpotensi meningkatkannya sebanyak 15-20%.

Selain itu, eksperimen penyelidikan telah menunjukkan keupayaan pencetakan 3D dengan teknologi upconversion, membolehkan pengawetan resin yang tepat pada titik tertentu menggunakan laser berkuasa rendah. Ini menyediakan kemungkinan baharu untuk pembuatan bahan tambahan. Laser berkuasa rendah ini boleh mencetak objek dengan pantas pada skala nano secara selari, mengatasi had semasa ketepatan percetakan.

Teknologi transformatif ini bukan sahaja menangani cabaran dalam tenaga suria dan percetakan 3D, tetapi juga menjanjikan pelbagai aplikasi, termasuk pengimejan tisu dalam, optogenetik, sistem penglihatan malam dan penyelesaian antipemalsuan. Penyelidik telah meneroka aplikasi teknologi penukaran frekuensi cahaya inframerah hampir untuk pengimejan tisu dalam, optogenetik dan aplikasi tindak balas kimia setempat dalam tisu hidup.

Kerja Makmal Congreve menunjukkan potensi pelbagai dan transformatif teknologi penukaran frekuensi merentasi pelbagai industri, menandakan hanya permulaan potensi aplikasinya.

7.Pemecut Elektron Skala Cip

Ahli fizik di Universiti Erlangen-Nuremberg telah membuat kemajuan yang ketara dalam pemecut elektron bersaiz cip. Pasukan itu mencipta pemecut pada cip menggunakan bahan dielektrik, menghasilkan saluran 225-nanometer lebar, 0.5-milimeter panjang. Dengan menggunakan denyutan laser inframerah bermasa yang tepat dan 733 tiang silikon, setiap 2 mikrometer tinggi, mereka dapat meningkatkan tenaga elektron sebanyak 43%.

Ini mewakili lonjakan yang ketara ke hadapan dalam bidang fizik pemecut. Pemecut elektron nano-fotonik boleh dibina menggunakan teknik bilik bersih standard, seperti litografi pancaran elektron. Para penyelidik menyasarkan untuk membangunkan pemecut padat untuk meneroka aplikasi dalam sumber cahaya synchrotron, laser elektron bebas, dan pencarian bahan gelap yang ringan.

8.Bahan Baru Untuk Semikonduktor Berkelajuan Tinggi

Para saintis telah menemui apa yang didakwa sebagai bahan semikonduktor terpantas dan paling cekap setakat ini, Re6Se8Cl2. Bahan ini terdiri daripada renium, selenium dan klorin, membentuk kelompok yang dikenali sebagai "superatom." Superatom ini mencipta struktur unik di mana exciton terikat (pasangan lubang elektron) berinteraksi dengan fonon dan bukannya keadaan berselerak, menghasilkan kuasipartikel baharu yang dipanggil polaron exciton akustik.

Berikut adalah beberapa ciri utama semikonduktor super novel ini:

★ Re6Se8Cl2 mempamerkan gerakan pengujaan balistik suhu bilik yang mampan, dengan kelajuan pergerakan kutub pengujaan akustik adalah dua kali ganda daripada elektron dalam silikon.

★ Tidak seperti semikonduktor tradisional di mana elektron berselerak pada jarak dekat, kutub-kutub pengujaan dalam Re6Se8Cl2 merentasi beberapa mikrometer dalam nanosaat, menunjukkan prestasi kelajuan yang luar biasa.

★ Semikonduktor ini beroperasi berdasarkan kawalan cahaya dan bukannya arus elektrik, mencapai kelajuan pemprosesan dalam julat femtosaat, yang jauh lebih pantas daripada peranti elektronik julat gigahertz yang tersedia pada masa ini.

★ Re6Se8Cl2 ialah bahan van der Waals dan sebahagian daripada keluarga semikonduktor superatomik. Walau bagaimanapun, renium adalah unsur yang jarang berlaku, jadi penyelidik mencari bahan alternatif dengan sifat yang serupa.

★ Acoustic exciton-polarons menawarkan kaedah baru untuk mencapai pemindahan tenaga jarak jauh dalam bahan bukan konvensional, memanjangkan penggunaannya melangkaui penggunaan semikonduktor tradisional.

★ Menggunakan exciton dan bukannya elektron boleh berfungsi sebagai pengesan foto yang cekap atau mencari aplikasi dalam pengkomputeran untuk meningkatkan kecekapan dan prestasi tenaga. Peranti berpotensi termasuk "transistor balistik."

Penyelidik menekankan bahawa walaupun exciton membawa maklumat dan tenaga seperti elektron, ia mungkin tidak serasi secara langsung dengan perkakasan industri semikonduktor semasa. Penemuan ini membuka ruang baharu untuk mereka bentuk peranti semikonduktor termaju dengan fungsi unik.

Terdapat banyak konsep baharu di sini, jadi mari tambahkan beberapa penjelasan:

Excitons

Exciton ialah kuasipartikel yang digunakan dalam fizik keadaan pepejal untuk menerangkan sistem di mana elektron dan lubang (kekosongan bercas positif) berinteraksi melalui daya Coulomb dalam bahan kristal.

fonon

Fonon ialah unit terkuantum bagi getaran kekisi, mewakili kuantum tenaga terkecil yang dikaitkan dengan mod getaran biasa dalam kekisi kristal, seperti yang diterangkan dalam mekanik kuantum.

Superatom

Superatom ialah unit struktur yang stabil yang terdiri daripada beberapa atom yang mempamerkan sifat serupa dengan atom tunggal. Sifat fizikal dan kimianya berbeza mengikut bilangan atom konstituen, struktur dan komposisinya.

Kuasipartikel

Kuasipartikel ialah keadaan seperti zarah baharu yang terbentuk sementara di bawah keadaan tertentu akibat interaksi, mempamerkan sifat kolektif yang berbeza daripada zarah asas biasa. Sebagai contoh, dalam superkonduktor, interaksi antara elektron dan fonon boleh membentuk pasangan Cooper, yang boson bercas bertindak sama dengan elektron konvensional dalam superkonduktor. Oleh itu, pasangan Cooper boleh dianggap sebagai quasipartikel.

9. Isu Kemampanan dalam Semikonduktor: Gallium Nitride lwn Silicon Carbide

Disebabkan kelebihan semikonduktor Gallium Nitride (GaN) dan Silicon Carbide (SiC) berbanding teknologi silikon tradisional, medan elektronik kuasa sedang mengalami perubahan yang ketara. Sekitar tahun 2001, semikonduktor kompaun berasaskan GaN mencetuskan perubahan revolusioner dalam industri pencahayaan, dengan cepat menangkap lebih 50% pasaran lampu LED berasaskan GaN global. Peralihan ini bukan sahaja mengurangkan penggunaan elektrik pencahayaan sebanyak 30% hingga 40% tetapi juga meletakkan asas untuk perubahan revolusioner yang lebih luas dalam elektronik kuasa. GaN dan SiC menyumbang dengan ketara kepada penggantian silikon dalam aplikasi elektronik kuasa kritikal dengan kecekapan dan fungsi unggulnya. Bahan-bahan ini mengurangkan sisa tenaga dan membawa faedah alam sekitar yang besar.

Kemajuan teknologi baharu ini, sambil membentuk industri semikonduktor, juga menyerlahkan trajektori pembangunannya untuk tahun-tahun akan datang. Memandangkan sempadan teknologi terus ditolak, satu-satunya yang berterusan ialah inovasi tanpa henti.