小芯片，大创新：应用材料进军半导体原子前沿突破

在微电子技术的未来发展中，尺寸至关重要。为了应对人工智能、智能设备等领域的下一波创新浪潮，未来的微芯片必须进一步缩小体积。

Tongay教授就职于亚利桑那州立大学Ira A. Fulton工程学院下属的物质、运输与能源工程学院。他获得了全球微电子行业领导者应用材料公司（Applied Materials Inc.）的一系列研究资助，致力于开发先进技术，助力打造更小巧、更高能效的芯片。

这家美国最大半导体设备供应商的资助，是该校在微电子领域开展重大突破性研究的合作项目之一。

当半导体产业面临传统硅材料收益递减的困境时，二维半导体正崛起为一个崭新的前沿领域。这些仅几个原子厚度的材料有望实现硅基材料难以企及的目标：将芯片性能推向前所未有的速度、效率和微型化水平。

Tongay及其团队正深入原子尺度世界，致力于开发、测试和优化新型材料，这些材料未来可能为从量子计算到快速发展的AI硬件等各个领域提供动力。

"（二维）半导体提供了传统硅材料无法实现的可能性，"Tongay表示，"它们让我们突破现有技术的限制，在保持高性能和低能耗的同时实现超微缩。这就是电子技术的下一个时代，而且变革正在发生。"

与相对较厚且受物理限制的硅晶圆不同，二维半导体具有超薄、柔韧的特性，并拥有卓越的电子性能。这种材料可实现像纸张一样层层堆叠的芯片结构，让工程师能在更小空间内集成更强的处理能力。

但要以工业级的标准实现这些材料的规模化生产并非易事。为此，Tongay团队正在开发新型制备技术，采用近乎原子级打印的方式，将超薄材料精准沉积在芯片所需位置。

"我们不仅是在制造材料，"Tongay强调，"更是在进行原子级精度的架构设计。"

材料制备完成后，将接受严格的性能测试，并与成熟的硅基和硅锗半导体进行基准比较。目标在于证明二维材料不仅能与传统材料媲美，在某些方面更能实现超越。

该团队的研究并非要取代硅材料，而是要实现技术跨越。二维半导体不仅更薄，其特性也截然不同。它们可被调谐用于新型晶体管，实现柔性电子器件，甚至为光子计算或自旋电子计算开辟道路。

Fulton学院业务发展总监Anthony Tam指出，这项研究的影响远超学术范畴。

"这项工作的激动人心之处在于它直击行业核心挑战：如何在降低功耗的同时持续推进先进芯片的微缩化？"Tam解释道，"未来AI处理器的功耗可能超过10千瓦，相当于1000个家用灯泡的能耗。这个项目有望带来颠覆性的突破。"

这些研究可能引领新一代电子设备的浪潮——更小巧、更快速、散热更佳且能效更高的产品。想象一下：单次充电可续航数天的可穿戴设备、性能闪电般迅捷的AI处理器，或是无需消耗整座城市电力就能运行的数据中心。

为了制备这些原子级薄层材料，Tongay团队正在开发可直接在芯片表面逐层生长原子的新技术。这种自下而上的方法比传统工艺具有更高精度，能实现对每层材料结构和性能的精细调控。

团队采用脉冲激光沉积（PLD）和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）等先进技术实现这一目标。PLD技术通过强激光将固体材料转化为等离子体，随后在加热表面形成薄膜；而PECVD则利用激发态气体引发化学反应，在较低温度下逐层构建材料。

"我们致力于确保这些尖端材料能真正投入实际应用，"Tongay表示，"这意味着既要提升性能，也要优化其生长工艺、测试方法和规模化生产。"

这项资助项目正在帮助将未来科技引入当今工厂。物质、运输与能源工程学院主任Anthony Waas认为，此类工作完美体现了Fulton学院与应用材料公司的合作精神。

"这些都是面向未来且具有明确工业价值的研究，"Waas评价道，"它们展示了ASU研究人员如何从概念走向实践，助力解决当前微电子领域最紧迫的技术挑战。"

Tongay实验室里原子尺度的突破，将在全球各行业产生深远影响。芯片尺寸或许越来越小，但从ASU实验室诞生的创新成果，其意义绝对不容小觑。