Grafenmikroprosessorunderlag akselererer elektroniske enheter
Grafen er fremtiden for mikroprosessorelektronikk. Inntil nå har det vært vanskelig å integrere det med fabrikkprosesser.
Karbon finnes i flere fysiske former, den mest kjente er diamant og grafitt (blyant). En ekstra struktur kalt grafen ble oppdaget i 2004. Grafen er et enkelt karbonark, ett atom tykt, som også kan danne rør. Materialet har ekstraordinær styrke, elektrisk ledningsevne og andre egenskaper.
En av de mange nylig oppdagede bruksområdene for grafen er som mikroprosessor ‘interconnects’. Disse fungerer som de interne ledningene til en chip, som forbinder dens forskjellige mikrokomponenter. Nåværende sammenkoblinger er laget av kobber, men grafen er en mer effektiv leder.
For at dette programmet skal være mulig, må grafen gjøres kompatibel med eksisterende industrielle halvlederverktøy og prosesser. Dette vil innebære integrering av grafen i standard halvledersubstrater. Halvlederfabrikker har imidlertid svært krevende renhetskrav som det hittil har vist seg å være vanskelig å oppfylle.
Det EU-finansierte G4SEMI-prosjektet utviklet en løsning som oppfyller fabrikkrav, og tilbyr grafen på et substrat som enkelt kan integreres i eksisterende prosesser. Resultatet er en ny teknologi kalt graphene on wafer. Teamet demonstrerte sin egnethet og økte produksjonen.
Fra prototype til pre-produksjon scenen
G4SEMI, som et fase-2-prosjekt, bygger på den kjemiske dampavleiringen (CVD) synteseoverføringsteknologi utviklet i det EU-finansierte Graphene Flagship-prosjektet. Dette tidligere prosjektet jobbet med potensielle kunder for å forstå deres behov og begrensninger. Med den innspillingen flyttet G4SEMI graphene-on-wafer-teknologien fra en prototype til pre-produksjonsstadiet for den kommersielle halvlederindustrien.
«Med CVD,» forklarer Jesus de la Fuente, G4SEMI-koordinator, «kan vi legge et grafenlag av høy kvalitet på toppen av en spesiell katalysator i en CVD-reaktor.» Katalysatorer fremskynder kjemiske reaksjoner. Det første trinnet i avsettingsprosessen innebærer å fremstille en kobberbasert katalysator, som skaper et grafenlag av høy kvalitet i CVD-reaktoren. Det neste trinnet er å dyrke et grafenlag på katalysatoren. Dette innebærer å sette katalysatoren i reaktoren under perfekte temperatur- og trykkforhold. Enhver karbongass kan være karbonkilden.
Ny overføringsprosess og demonstrasjoner
Kunder trenger grafen på en bestemt wafer, slik at den kan brukes i eksisterende fabrikker. «For å oppnå det,» fortsetter de la Fuente, «har vi utviklet en overføringsprosess der vi tar grafenlaget fra underlaget og flytter det til bærerplaten.» Kunden kan sette inn denne skiven i sine standard produksjonsprosesser.
Teamet demonstrerte effektiv bruk av de nye metodene i CMOS (komplementære metalloksyd halvleder) fabrikker som representerer den største delen av markedet. Et sentralt element var å oppskalere produksjonen av skivene i 200 mm skala som industrien trenger.
Etter suksessen til prosjektet har teamet inngått en forsyningsavtale med viktige industripartnere. Dette vil innebære å øke produksjonskapasiteten med 25 ganger.
Bruk av grafen for samtrafikk fjerner en nøkkelflaskehals i mikroprosessorhastighet. Teknologien vil bli brukt til produksjon av avanserte medisinske biosensorer med sterkt forbedret følsomhet. Den vil også bli brukt på optiske brytere som kan bevege seg 100 ganger mer data enn de eksisterende optiske fibrene, og chips med høyere minnetetthet.
Oversetting og tilrettelegging av Frogner Data. © Europa Unionen, 2020 – Kilde: CORDIS, cordis.europa.eu.
