电子工程专辑
UBM China

钻石是女人的好朋友,也可以是半导体产业的好朋友

上网日期: 2016年05月19日 ?? 作者: R. Colin Johnson ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友

关键字:钻石芯片? 钻石半导体? 半导体工艺?

人们都说钻石是女人最好的朋友,但它可能很快也会变成半导体产业最好的朋友!一家美国新创公司Akhan Semiconductor打算要透过从美国能源部旗下阿冈国家实验室(Argonne National Laboratory)授权钻石半导体工艺来实现以上目标。

业界已知钻石半导体能支持更高速度、更低功耗,而且比硅材料厚度更薄、重量更轻,不过Akhan Semiconductor是第一家有机会实际了解其特性的公司;该公司在美国伊利诺伊州Gurnee有一座8吋晶圆厂,预期将会在2017年的国际消费性 电子展(CES)上,发表应用于某款消费性电子产品的钻石半导体IC。

阿冈国家实验室在2000年以前,曾使用化学气相沉积(CVD)技术进行实验,并独立出一家公司Advanced Diamond Technologies,与MEMS代工业者Innovative Micro Technology合作生产钻石MEMS,并激励钻石晶圆专家如SP3 Diamond Technologies打造能沉积出完美结晶(crystalline)钻石的CVD设备。

尽管到目前为止,钻石最成功的领域还是在珠宝、研磨以及人造钻石等其他工业用途;阿冈国家实验室仍继续寻找让钻石──是天然的绝缘体──进驻半导体 的方法,以及能铺设到所有钻石芯片的导线,期望能让钻石半导体成真。以下影片是Akhan Semiconductor创办人暨首席执行官Adam Kahn叙述根据他自己的名字命名的公司之钻石半导体愿景,感兴趣的同学可以翻墙观看:

https://www.youtube.com/watch?v=9-AQSk-Is7A

到目前为止,钻石半导体商业化的最大障碍,是制造p型晶体管很容易,但制造n型晶体管很困难;这个问题已经被Kahn解决。他将Akhan Semiconductor的工艺命名为Miraj钻石平台,可实现同时具备p型与n型组件的钻石CMOS技术;而该公司也期望能推出全球首款兼容 CMOS工艺的钻石半导体。

Kahn接受EE Times美国版编辑专访时表示:“我们最近已经证实了兼容CMOS的钻石半导体──同时拥有p型与n型组件;我们成功制作了钻石PIN ‘是p型-本质(intrinsic)、未掺杂(undoped)-n型接面(juction)的缩写’二极管,其性能是硅的百万倍,而且薄一千倍。”

其背后奥秘是在p型组件中 共同植入磷(phosphorous),然后在n型组件中 共同掺杂钡(barium)与锂(lithium),如此能实现 两种组件性能相当的可调式电子组件,并催生钻石CMOS;Akhan Semiconductor的第一款展示组件是钻石PIN二极管,达到了破纪录的500纳米厚度。能达到如此成果的原因,是钻石这种材料具备超宽能隙 (band-gap),甚至超越碳化硅与氮化镓。

Akhan Semiconductor制作的硅晶圆上钻石(diamond on silicon)样本《电子工程专辑》
Akhan Semiconductor制作的硅晶圆上钻石(diamond on silicon)样本

“热分析结果显示,在我们的PIN上没有热点(hot spots),所以没有像是硅PIN二极管那样的寄生损耗(parasitic losses);”Khan并展示了利用钻石超低电阻特性实现的100GHz组件,能沉积在硅、玻璃、蓝宝石或是金属基板上。这种高速度可能让处理器大战 重新开打──在十年前其速度已经停滞在5GHz。

《电子工程专辑》Akhan Semiconductor创办人暨首席执行官Adam Kahn
北Akhan Semiconductor创办人暨首席执行官Adam Kahn

还记得在很多年前,每一代新处理器的频率速度都会更高一级;5GHz对于硅材料来说是极限,因为该种材料的高耗电量以及高发热温度会把组件给融化;而Kahn表示,钻石的导热性能是硅的二十二倍、铜的五倍。

Akhan Semiconductor的终极目标是让处理器竞赛重启,让其频率速度能继续加快,但到目前为止他们专注于工业用电源组件、军事应用可调光学组件,以及 利用钻石做为绝缘体与半导体的光学行动消费性应用;但是仍需要用到氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)做为触点。

Kahn表示,他们尚未开发移动与消费性应用平台,但现在主要应用是需要更加散热效率的电力电子组件,就像硅组件那样运作──利用相同的微影、蚀刻 与金属化步骤,只添加钻石沉积步骤。而该公司的终极目标,打造巨量数据处理应用的超高散热处理器;事实上,钻石CMOS的高速度不需要付出高温的代价,也 就是说,对数据中心来说,钻石处理器的发热能比同样5GHz速度的硅处理器大幅降低,甚至耗电量与硅差不多,速度还能进一步升高到次THz。

Akhan的钻石硅基半导体样本《电子工程专辑》
Akhan的钻石硅基半导体样本

除了能解决目前数据中心遭遇的最大问题──散热,钻石的省电效益正是未来所需的特性;Kahn并指出,钻石能沉积在玻璃或蓝宝石玻璃基板上,制作成完全透明的电子组件,实现透明手机等新一代消费性电子产品。

根据Kahn的说法,摩尔定律(Moore's Law)的寿命也将再度进一步扩展,因为该公司的100GHz展示芯片是采用100纳米工艺节点,意味着钻石在遭遇硅将于2025年面临的单原子等级之前,还可以乎有12代的工艺微缩。

配备钻石散热片的电路板样本(芯片可以直接放在散热片上)《电子工程专辑》
配备钻石散热片的电路板样本(芯片可以直接放在散热片上)

“我们目前正专注于以12吋晶圆制作电源应用组件,期望能在大量生产以后降低制造成本;”Kahn表示:“我们的电源组件已经在晶圆厂进入试产阶段,但公司的经营是采取轻晶圆厂模式,也就是我们自己只少量生产,在大量生产时就将工艺转移至委托的晶圆代工厂。”

除了电源组件,Akhan Semiconductor也有一些尝试钻石MEMS组件的新客户,要打造高阶智能手机动态调谐天线使用的电容式开关数组。接下来,除了手机与数据中心 处理器,该公司打算进军量子计算机领域,但不是采用氮空位(nitrogen vacancy)技术,而是目前视为商业机密的独门掺杂技术。

编译:Judith Cheng

本文授权编译自EE Times,版权所有,谢绝转载

《电子工程专辑》
关注最前沿的电子设计资讯,请关注“电子工程专辑微信公众号”。







我来评论 - 钻石是女人的好朋友,也可以是半导体产业的好朋友
评论:
*? 您还能输入[0]字
分享到: 新浪微博 qq空间
验证码:
????????????????
?

关注电子工程专辑微信
扫描以下二维码或添加微信号“eet-china”

访问电子工程专辑手机网站
随时把握电子产业动态,请扫描以下二维码

?

5G网络在提供1Gbps至10Gbps吞吐量方面具有很好的前途, 并且功耗要求比今天的网络和手机都要低,同时还能为关键应用提供严格的延时性能。本期封面故事将会与您分享5G的关键技术发展,以及在4G网络上有怎样的进步。

?
?
有问题请反馈
推荐到论坛,赢取4积分X