"Meilenstein": Forschern gelingt Speicherchip-Durchbruch mit 2D-Materialien
Erstmals haben Wissenschaftler einen vollständig funktionsfähigen Speicherchip aus zweidimensionalen Materialien entwickelt und direkt in konventionelle Silizium-Schaltkreise integriert.
Chinesische Forscher der Fudan-Universität in Shanghai haben einen Erfolg in der Halbleitertechnologie erzielt, den sie als "Meilenstein" bezeichnen: Sie entwickelten den weltweit ersten vollständigen 2D-Flash-Speicherchip, der nahtlos mit herkömmlicher CMOS-Technologie zusammenarbeitet.
Technischer Durchbruch mit dem "ATOM2CHIP"-Verfahren
Die vom Forschungsteam unter der Leitung von Chunsen Liu entwickelte Methode namens "ATOM2CHIP" bringt eine nur wenige Atome dicke Schicht aus Molybdändisulfid direkt auf einen konventionellen 0,13-Mikrometer-CMOS-Siliziumchip auf. Diese Hybridarchitektur kombiniert erstmals einen 2D-NOR-Flash-Speicher mit einer standardisierten CMOS-Steuerung.
- Molybdändisulfid (MoS₂) gehört zu den vielversprechendsten zweidimensionalen Halbleitermaterialien und zeichnet sich durch "einzigartige" (via ScienceDirect) elektronische Eigenschaften aus.
- Laut dem verlinkten Forschungspapier behält dieses Material - anders als Silizium - seine Eigenschaften auch bei atomarer Dicke bei und bietet so "hervorragende Elektronenmobilität sowie ein optimales Ein-/Aus-Verhältnis".
Eine der größten technischen Hürden bei der Integration von 2D-Materialien liegt in der Oberflächenrauheit herkömmlicher Siliziumchips. Selbst nach der Politur weisen Silizium-Wafer auf Nanometer-Ebene unebene Strukturen auf, die atomdünne Schichten zerreißen oder belasten können. Das ATOM2CHIP-Verfahren löste dieses Problem durch einen konformen Adhäsionsprozess, der es dem 2D-Material ermöglicht, über die Konturen der darunterliegenden Schaltkreise zu "fließen", ohne zu zerbrechen.
Zusätzlich entwickelten die Forscher ein spezielles Verpackungssystem, das die fragilen atomaren Schichten vor Wärme und elektrostatischen Schäden schützt. Ein plattformübergreifendes Systemdesign gewährleistet außerdem, dass die 2D-Schicht nahtlos mit der CMOS-Steuerlogik kommunizieren kann.
Quelle: Nature
Die Testergebnisse des Chips lesen sich mehr als manierlich: Das Team erreichte eine Ausbeute von 94,34 Prozent bei vollständigen Chip-Tests - ein Wert, der mit der kommerziellen Siliziumproduktion konkurriert. Zudem wurden Taktraten bis zu fünf Megahertz demonstriert, während jedes Bit nur 0,644 Picojoule verbraucht - weit unter dem Energieverbrauch heutiger Silizium-Flash-Zellen. Der Speicher zeigte indes ordentliche Programmier- und Löschgeschwindigkeiten von 20 Nanosekunden, eine Datenretention von zehn Jahren sowie eine Ausdauer von über 100.000 Schreibzyklen.
Quelle: Nature via Tom's Hardware
