小芯片，大创新

说到微电子技术的未来，尺寸至关重要。未来的微芯片需要变得更小，才能应对人工智能、智能设备等领域的下一波创新浪潮。

汤盖是亚利桑那州立大学物质、运输和能源工程学院（SEMTE）的教授 。他获得了全球微电子领域领军企业应用材料公司（Applied Materials Inc.） 的一系列研究资助，  用于研发先进技术，并帮助开发更小、更节能的芯片。

来自美国最大半导体设备供应商的资助是与 ASU 进行更广泛合作的一部分，旨在推动微电子领域的重大突破。

对于微芯片来说，平坦就是它所在的地方

随着半导体行业努力应对传统硅（二维硅）回报的萎缩，半导体正成为一个大胆的新领域。这些厚度仅为几个原子的材料有望实现硅无法企及的目标：将芯片的速度、效率和微型化推向前所未有的水平。

Tongay 和他的团队正在进入原子级世界，创造、测试和优化材料，这些材料很快就能为从量子计算到快速发展的人工智能硬件等一切领域提供动力。

“二维半导体提供了传统硅无法企及的东西，”Tongay说道。“它们让我们超越了现有技术的极限，实现了超微缩，同时保持了高性能和低功耗。这是电子技术的下一个时代，而且它正在发生。”

与相对较厚且受物理边界限制的硅晶圆不同，二维半导体超薄、灵活，并拥有卓越的电子特性。它们可以实现芯片像纸张一样层层堆叠，使工程师能够在更小的空间内实现更强大的处理能力。

然而，要大规模生产这些材料，并达到行业对一致性和质量的要求，绝非易事。正因如此，Tongay 的团队正在开发新的方法来生长这些材料，他们采用的方法可以将超薄层精确地放置在芯片上所需的位置，几乎就像原子打印一样。

“我们不只是在制造材料，”Tongay说道，“我们正在对它们进行精确的构建，逐个原子、逐个位置地构建。”

这些材料一旦生长出来，将接受严格的性能测试，并与由硅和硅锗制成的可靠半导体进行对比。目标是证明二维材料不仅可以与老一代材料竞争，甚至在某些情况下超越它们。

该团队的工作并非要取代硅，而是要超越硅。二维半导体不仅更薄，而且性能更独特。它们可以调整以适应新型晶体管，实现柔性电子器件，甚至为光子或自旋电子计算打开大门。

亚利桑那州立大学富尔顿工程学院业务发展总监安东尼·谭 (Anthony Tam)表示，其影响远远超出了学术界。

“这项工作最令人兴奋的地方在于，它直接解决了一个关键的行业挑战：如何在降低功耗的同时，不断扩展先进芯片的规模？”谭博士说道。“未来的人工智能处理器功耗可能超过10千瓦，相当于1000个家用灯泡的耗电量。这个项目有可能带来颠覆性的突破。”

这些项目或将引领新一波电子产品浪潮——更小、更快、运行温度更低且更节能的设备。想象一下，一次充电即可使用数天的可穿戴设备、性能闪电般快速的人工智能处理器，以及无需耗费相当于一座城市电力的数据中心。

明日的薄弱边缘

为了制造这些原子级厚度的材料，Tongay 的团队正在开发新技术，将它们直接生长在芯片表面——一次生长一个原子层。这种自下而上的方法比传统方法精度更高，能够对每一层的结构和性能进行精细控制。

该团队正在使用脉冲激光沉积（PLD）和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）等先进方法来实现这一目标。在PLD中，强大的激光将固体材料喷射成等离子体，等离子体随后在加热的表面上沉积成薄膜。而PECVD则利用带电气体引发化学反应，在较低温度下形成薄膜层。

“我们正在努力确保这些尖端材料能够在现实世界中真正应用，”Tongay说道。“这意味着不仅要提高性能，还要让它们更容易生长、测试和扩展。”

这个由拨款资助的项目正在帮助将未来的技术带入当今的工厂。SEMTE 主任Anthony Waas表示 ，这类工作体现了 ASU 工程学院与应用材料公司合作的精神。

“这些都是面向未来的项目，具有明确的产业相关性，”瓦斯说道。“它们展示了亚利桑那州立大学的研究人员如何从概念走向实践，帮助解决当今微电子领域一些最紧迫的技术挑战。”

Tongay 实验室在原子尺度上取得的进展可能会对全球各行各业产生连锁反应。芯片或许正在变得越来越小，但来自 ASU 实验室的创新成果却意义非凡。