小芯片，大創新：應用材料進軍半導體原子前沿突破

2026-04-28 ai 芯片半導體 it芯片應用材料

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本文由半導體產業縱橫（ID：ICVIEWS）編譯自asu
當摩爾定律逼近物理極限，二維半導體正以原子級薄度重繪芯片的未來圖景。

在微電子技術的未來發展中，尺寸至關重要。為了應對人工智能、智能設備等領域的下一波創新浪潮，未來的微芯片必須進一步縮小體積。
Tongay教授就職于亞利桑那州立大學Ira A. Fulton工程學院下屬的物質、運輸與能源工程學院。他獲得了全球微電子行業領導者應用材料公司（Applied Materials Inc.）的一系列研究資助，致力于開發先進技術，助力打造更小巧、更高能效的芯片。
這家美國最大半導體設備供應商的資助，是該校在微電子領域開展重大突破性研究的合作項目之一。
平面化是微芯片的發展方向當半導體產業面臨傳統硅材料收益遞減的困境時，二維半導體正崛起為一個嶄新的前沿領域。這些僅幾個原子厚度的材料有望實現硅基材料難以企及的目標：將芯片性能推向前所未有的速度、效率和微型化水平。
Tongay及其團隊正深入原子尺度世界，致力于開發、測試和優化新型材料，這些材料未來可能為從量子計算到快速發展的AI硬件等各個領域提供動力。
\"（二維）半導體提供了傳統硅材料無法實現的可能性， \"Tongay表示， \"它們讓我們突破現有技術的限制，在保持高性能和低能耗的同時實現超微縮。這就是電子技術的下一個時代，而且變革正在發生。 \"
與相對較厚且受物理限制的硅晶圓不同，二維半導體具有超薄、柔韌的特性，并擁有卓越的電子性能。這種材料可實現像紙張一樣層層堆疊的芯片結構，讓工程師能在更小空間內集成更強的處理能力。
但要以工業級的標準實現這些材料的規?；a并非易事。為此， Tongay團隊正在開發新型制備技術，采用近乎原子級打印的方式，將超薄材料精準沉積在芯片所需位置。
\"我們不僅是在制造材料， \"Tongay強調， \"更是在進行原子級精度的架構設計。 \"
材料制備完成后，將接受嚴格的性能測試，并與成熟的硅基和硅鍺半導體進行基準比較。目標在于證明二維材料不僅能與傳統材料媲美，在某些方面更能實現超越。
該團隊的研究并非要取代硅材料，而是要實現技術跨越。二維半導體不僅更薄，其特性也截然不同。它們可被調諧用于新型晶體管，實現柔性電子器件，甚至為光子計算或自旋電子計算開辟道路。
Fulton學院業務發展總監Anthony Tam指出，這項研究的影響遠超學術范疇。
\"這項工作的激動人心之處在于它直擊行業核心挑戰：如何在降低功耗的同時持續推進先進芯片的微縮化？\"Tam解釋道， \"未來AI處理器的功耗可能超過10千瓦，相當于1000個家用燈泡的能耗。這個項目有望帶來顛覆性的突破。 \"
這些研究可能引領新一代電子設備的浪潮——更小巧、更快速、散熱更佳且能效更高的產品。想象一下：單次充電可續航數天的可穿戴設備、性能閃電般迅捷的AI處理器，或是無需消耗整座城市電力就能運行的數據中心。
未來科技的鋒利前沿為了制備這些原子級薄層材料， Tongay團隊正在開發可直接在芯片表面逐層生長原子的新技術。這種自下而上的方法比傳統工藝具有更高精度，能實現對每層材料結構和性能的精細調控。
團隊采用脈沖激光沉積（PLD）和等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）等先進技術實現這一目標。 PLD技術通過強激光將固體材料轉化為等離子體，隨后在加熱表面形成薄膜；而PECVD則利用激發態氣體引發化學反應，在較低溫度下逐層構建材料。
\"我們致力于確保這些尖端材料能真正投入實際應用， \"Tongay表示， \"這意味著既要提升性能，也要優化其生長工藝、測試方法和規模化生產。 \"
這項資助項目正在幫助將未來科技引入當今工廠。物質、運輸與能源工程學院主任Anthony Waas認為，此類工作完美體現了Fulton學院與應用材料公司的合作精神。
\"這些都是面向未來且具有明確工業價值的研究， \"Waas評價道， \"它們展示了ASU研究人員如何從概念走向實踐，助力解決當前微電子領域最緊迫的技術挑戰。 \"
Tongay實驗室里原子尺度的突破，將在全球各行業產生深遠影響。芯片尺寸或許越來越小，但從ASU實驗室誕生的創新成果，其意義絕對不容小覷。
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