新材料による材料科学と半導体 

計算能力と速度の限界を押し上げ続けるにつれて、高度な 半導体設計 ますます重要になります。 従来のシリコンベースのチップはこれまで十分に機能してきましたが、パフォーマンスとエネルギー効率の点で限界に達しています。 ソリューション？ 斬新な素材。 

新しい材料を半導体設計に組み込むことで、これまでよりも高速で、より強力で、よりエネルギー効率の高い次世代チップを作成できます。 ここが 材料科学 に入っています。 

この記事では、研究者が新しい材料を使って次世代チップをどのように作成しているかを探ります。

材料科学とは？

材料科学 材料の特性と挙動の研究です。 これにより、伝導性、熱安定性、耐久性などの特定の特性を持つ材料を設計および設計できます。 この知識と半導体設計を組み合わせることで、特定のアプリケーションに合わせたチップを作成できます。 

グラフェンで次世代チップを作成

半導体設計で使用されている新しい材料の一例はグラフェンです。 グラフェンは、炭素原子の単層で構成される二次元材料です。 優れた電気伝導性と熱伝導性を持ち、優れた強度と柔軟性を備えています。 

グラフェン は、さまざまな方法で半導体設計に組み込まれています。 XNUMX つのアプローチは、グラフェンを従来の金属配線の代わりに使用することです。 チップがより複雑になるにつれて、金属相互接続がパフォーマンスのボトルネックになる可能性がありますが、グラフェン相互接続は、チップのさまざまな部分間のより高速で効率的な接続を提供できます。 

上記のように、Samsung Electronics と IBM は引き続きグラフェン技術をリードしています。 グラフェンは非常に人気のある素材として、エレクトロニクスからエネルギーまで、さまざまな業界で数多くの用途があります。 グラフェンの革新における目覚ましい実績により、Samsung と IBM がこの分野で支配的であり続けていることは驚くべきことではありません。

二硫化モリブデンで次世代チップを創る

半導体設計で使用されている新しい材料のもう 2 つの例は、二硫化モリブデン (MoS2) です。 MoS2 は半導体である二次元材料であり、電流の流れを制御するために使用できることを意味します。 MoSXNUMX には、電子移動度が高く、高温での性能が優れているなど、従来のシリコンに比べて多くの利点があります。 

MoS2 は、トランジスタや太陽電池など、さまざまなアプリケーションで使用されています。 これらのアプリケーションでシリコンの代わりに MoS2 を使用することで、よりエネルギー効率が高く、より優れた性能を備えたデバイスを作成できます。 

MoS2 技術分野には、特許出願に関して予想外のリーダーがいます。 富士写真フイルムとコニカが MoS2 イノベーションの最前線にあり、日立、ソニー、キヤノンが僅差で続いていることがわかりました。

半導体設計のためのその他の新規材料

グラフェンと MoS2 に加えて、半導体設計で使用されている他の多くの新しい材料があります。 これらには、窒化ガリウム (GaN)、インジウム ガリウム ヒ素 (InGaAs)、およびペロブスカイト材料が含まれます。 

GaN はワイドバンドギャップ半導体であり、従来のシリコンに比べて、効率が高く、電力処理能力が優れているなど、多くの利点があります。 GaN は、パワー エレクトロニクスや LED 照明など、さまざまなアプリケーションで使用されています。 

InGaAs は、シリコンよりも高い電子移動度を持つ半導体材料です。 これにより、高速トランジスタやその他の高性能デバイスでの使用に適しています。 

ペロブスカイト材料は、独特の結晶構造を持つ材料のクラスです。 従来のシリコンベースの太陽電池よりもはるかに安価で効率的である可能性があるため、太陽電池での使用が検討されています。 

これらの新しい材料を半導体設計に組み込むことで、これまで以上に高速、強力、エネルギー効率の高い次世代チップを作成できます。 これは、材料科学と半導体設計にとって刺激的な時期であり、今後数年間でさらに多くのブレークスルーが見られると期待できます。