Wissenschaftler integrieren zweidimensionale Materialien in Silizium-Mikrochips für fortschrittliche Datenspeicherung und Berechnung

Zweidimensionale Materialien sollen die Halbleiterindustrie revolutionieren. Trotz mehrerer Studien, die Prototypgeräte mit vielversprechenden Eigenschaften für die Erfassung und Steuerung von elektrischem Strom berichtet haben, ist ihr Technologiereifegrad immer noch sehr niedrig, da sie hauptsächlich Synthese- und Verarbeitungsmethoden verwenden, die nicht mit der Industrie kompatibel sind, die großen Geräte auf nicht funktionellen Substraten erzeugen und eine schlechte Variabilität und Ausbeute aufweisen.

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Ein Team von Wissenschaftlern an der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) unter der Leitung von Dr. Mario Lanza, Associate Professor für Materialwissenschaften und -technik, hat erfolgreich zweidimensionale Materialien auf Silizium-Mikrochips integriert und eine hervorragende Integrationsdichte, elektronische Leistung und Ausbeute erzielt. Die Studie wurde in Nature veröffentlicht.

„In der Zukunft werden die meisten Mikrochips einige der vielen herausragenden elektronischen und thermischen Eigenschaften dieser Materialien nutzen“, sagte Lanza.

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Lanzas Team nutzte ein zweidimensionales Isolationsmaterial namens Multilayer Hexagonal Boron Nitride (ca. 6 Nanometer dick) und verwendete Mikrochips, die Siliziumtransistoren der technologiekomplementären Metall-Oxid-Halbleitertechnologie (CMOS) enthielten – eine Art Technologie, die in jedem elektronischen Produkt vorhanden ist, das wir verwenden, wie Telefone, Computer, Autos, medizinische Geräte und Haushaltsgeräte.

Die hybriden 2D/CMOS-Mikrochips haben eine hohe Haltbarkeit und spezielle elektronische Eigenschaften, die die Herstellung von künstlichen neuronalen Netzen mit sehr geringem Stromverbrauch ermöglichen. Sie können erfolgreich Spiking-Neuronale-Netzwerke (elektrische Belastungen, die während sehr kurzer Zeitperioden aufgebracht werden) berechnen, eine Schlüsselkomponente der aktuellen künstlichen Intelligenzsysteme, die im Trend sind. Die meisten derzeitigen Geräte sind nicht geeignet, um diese Art von neuronalem Netzwerk zu implementieren, und es besteht ein Markterfordernis, neue Ansätze zu finden.

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Die Forschung hat das Interesse mehrerer Halbleiterunternehmen geweckt und könnte anderen Unternehmen helfen, Verarbeitungskosten und Energie zu reduzieren. Die meisten Unternehmen in der Mikrochip-Herstellungs- und künstlichen Intelligenz-Branche zielen darauf ab, neue Hardware zu schaffen, die die Datenverarbeitungsdauer und den Energieverbrauch reduziert, haben jedoch noch kein geeignetes Gerät gefunden.

IBM hat versucht, Graphen in Transistoren für Radiofrequenz-Anwendungen zu integrieren, aber die Geräte konnten keine Informationen speichern oder verarbeiten. Im Gegensatz dazu messen die Geräte, die vom Team von Professor Lanza hergestellt wurden, lediglich 260 Nanometer und könnten bei Verfügbarkeit fortschrittlicherer Mikrochips sehr leicht viel kleiner gemacht werden.

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Diese Arbeit ist aufgrund der hohen Leistungsfähigkeit der hergestellten Geräte und Schaltungen und des Potenzials für weitreichende industrielle Anwendungen auf dem Gebiet der Nanoelektronik und Halbleiter aufregend.

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Von Michael Lewis

Michael Lewis ist ein anerkannter Schriftsteller und Journalist, der über die Welt der Finanzen, Politik und Sport schreibt. Seine Bücher, darunter "The Big Short" und "Moneyball", wurden für ihre engagierende Geschichten erzählt und aufschlussreich analysiert.

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