La tecnologia dei semiconduttori al silicio ha fatto miracoli per il progresso della nostra società, che ha beneficiato enormemente del suo uso versatile e delle sue incredibili capacità. Lo sviluppo dell'elettronica, automazione, computer, fotocamere digitali e smartphone recenti basati su questo materiale e la sua tecnologia di base è salito alle stelle, ridimensionando la dimensione fisica di dispositivi e cavi al regime nanometrico.

Sebbene questa tecnologia si sia sviluppata dalla fine degli anni '60, la miniaturizzazione dei circuiti sembra aver raggiunto un possibile punto di arrivo, poiché i transistor possono essere ridotti solo a una certa dimensione e non oltre. Così, c'è un urgente bisogno di integrare la tecnologia Si CMOS con nuovi materiali, e per soddisfare i futuri requisiti informatici, nonché le esigenze di diversificazione delle applicazioni.

Ora, il grafene e i relativi materiali bidimensionali (2-D) offrono prospettive per progressi senza precedenti nelle prestazioni dei dispositivi al limite atomico. Il loro incredibile potenziale si è dimostrato una possibile soluzione per superare i limiti della tecnologia del silicio, dove la combinazione di materiali 2-D con chip di silicio promette di superare gli attuali limiti tecnologici.

In un nuovo articolo di recensione in Natura , un team di ricercatori internazionali tra cui i ricercatori ICFO Dr. Stijn Goossens e ICREA Prof presso ICFO Frank Koppens, e i leader industriali di IMEC e TSMC si sono uniti per fornire una revisione approfondita e approfondita sulle opportunità, progressi e sfide dell'integrazione di materiali atomicamente sottili con la tecnologia a base di silicio. Forniscono approfondimenti su come e perché i materiali 2-D (2DM) possono superare le attuali sfide poste dalla tecnologia esistente e come possono migliorare sia la funzione che le prestazioni dei componenti del dispositivo, per potenziare le caratteristiche delle future tecnologie, nelle aree delle applicazioni computazionali e non computazionali.

Per le applicazioni non computazionali, esaminano la possibile integrazione di questi materiali per le future fotocamere, comunicazione dati ottica a bassa potenza e gas e biosensori. In particolare, sensori di immagine e fotorivelatori, sono aree in cui grafene e 2DM potrebbero consentire una nuova visione nella gamma dell'infrarosso e dei terahertz oltre alla gamma visibile dello spettro. Questi possono servire, Per esempio, nei veicoli autonomi, sicurezza negli aeroporti e realtà aumentata.

Per i sistemi di calcolo, ed in particolare nel campo dei transistor, mostrano come sfide come il doping, la resistenza di contatto e i dielettrici/l'incapsulamento possono essere ridotti quando si integrano i 2DM con la tecnologia Si. I 2DM potrebbero anche migliorare radicalmente la memoria e i dispositivi di archiviazione dei dati con nuovi meccanismi di commutazione per strutture meta;-isolante-metallo, evitare correnti di fuga negli array di memoria, o addirittura aumentare le prestazioni dei circuiti basati su cavi in ​​rame aderendo al grafene ai materiali barriera in rame ultrasottili e riducendo così la resistenza, dispersione e autoriscaldamento.

La revisione fornisce informazioni a tutte le parti interessate sulle sfide e l'impatto della risoluzione dell'integrazione del materiale 2-D con la tecnologia CMOS. Fornisce una tabella di marcia dell'integrazione 2-D e della tecnologia CMOS, individuando la fase in cui tutte le sfide riguardanti la crescita, trasferimento, interfaccia, doping, contattando, e design sono attualmente in piedi oggi e quali possibili processi dovrebbero essere risolti per raggiungere tali obiettivi di passare da un ambiente di laboratorio di ricerca a una linea pilota per la produzione dei primi dispositivi che combinano entrambe le tecnologie.

La prima roadmap materiale-CMOS 2-D, come presentato in questa recensione, offre uno sguardo emozionante nel futuro, con la prima produzione pilota prevista tra pochi anni.