北京
一种基于氧的工艺可防止不需要的晶体形成，帮助研究人员精确放置半导体材料。
韩国研究人员开发出一种半导体制造技术，可在400个图案化生长区域中以超过99%的成功率控制单个晶体的形成位置，这可能有助于制造商构建垂直堆叠的计算芯片。
该技术使研究人员能够在预定位置生长二硫化钼（MoS₂）单晶——一种仅几个原子层厚的半导体——而不是让多个晶体随机形成。
由韩国科学技术院（KAIST）领导的一个团队，与蔚山科学技术院（UNIST）、汉阳大学和TDS Innovation合作，开发了这种方法，利用从氧化物阻挡层释放的氧来控制晶体生长开始的位置。
研究人员表示，这种方法可能解决制造堆叠芯片时的一个主要障碍，即在现有电路上方精确形成半导体层，同时不引入影响性能的缺陷。
氧控制晶体形成
传统的半导体生长方法可以限定薄膜形成的大致区域，但控制每个晶体的确切起始点仍然困难。
当多个晶体独立生长并相遇时，会形成晶界。这些晶界破坏原子的规则排列，并可能干扰电子在半导体中的运动。
研究人员开发了一种称为刻蚀通量介导的单中心成核（EF-SCN）的工艺。成核是晶体形成的初始阶段，此时原子开始排列成有序结构。
该工艺使用围绕指定生长区域的氧化物阻挡层，例如二氧化铪（HfO₂）。从阻挡层释放的氧充当刻蚀剂，抑制不需要的晶体形成。
氧的作用在图案化区域边缘附近最强，并向中心逐渐减弱。
这创造了有利于在单个中心点形成晶体的条件。一旦那里开始生长，该工艺还会抑制附近形成额外晶体。
利用这种方法，研究人员在400个图案中超过99%的指定中心位置成功生长出单个MoS₂晶体。
该团队还利用结合二硫化钼和二硒化钼（MoSe₂）的结构展示了选择性金属沉积。
在这些结构中，一层薄薄的钌金属膜选择性地形成在MoSe₂区域上，展示了在半导体制造过程中控制材料放置的另一种方法。
堆叠芯片更近一步
二维半导体正被研究用于未来芯片，因为尽管只有几个原子层厚，它们仍保持半导体特性。
它们的小厚度可能使制造商能够垂直堆叠计算和存储组件，从而缩短数据在它们之间传输的距离。
在芯片内移动数据会消耗能量并导致处理延迟。将组件放置得更近可以降低这些成本，特别是在处理大量计算工作负载的系统中。
然而，生产此类芯片需要精确控制半导体在包含先前制造电路的表面上的生长。
KAIST的技术提供了一种可能的方法，可以直接在指定位置生长高质量二维材料，从而避免单独制造再将其转移到芯片上的需要。
研究人员通过生长实验和模拟研究了该机制，但尚未展示完整的堆叠处理器，也未测量计算速度或能耗方面的改进。
这些发现确立了对晶体成核的控制，而非商业芯片性能。还需要进一步开发，以确定该方法能否大规模集成到半导体制造中。
该研究于10月8日发表在《自然》上。
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