Исследователи из Университета штата Пенсильвания стремятся расширить возможности университета в области исследований и разработок в области полупроводниковых технологий следующего поколения благодаря финансированию инфраструктуры в размере 4,3 миллиона долларов США и поддержке в натуральной форме за счет членства университета в MMEC, консорциуме региональных партнеров, занимающихся исследованиями и разработками в области микроэлектроники. Финансирование от MMEC, являющееся частью более широкой инициативы в рамках усилий Министерства обороны США по микроэлектронике в соответствии с федеральным законом CHIPS, поможет университету создать передовую лабораторию для исследования полупроводниковых тонких пленок и устройств в помещениях Института исследований материалов (MRI) в Научном комплексе тысячелетия в Университетском парке.

MMEC — это некоммерческий консорциум, объединяющий промышленность, научные круги и правительство для продвижения инноваций в отечественной микроэлектронике, продвижения технологий для коммерческого и оборонного применения при одновременном укреплении цепочки поставок в США. Основание MMEC было инициировано Battelle, частной некоммерческой компанией по развитию прикладной науки и технологий со штаб-квартирой в Колумбусе, штат Огайо. Университет штата Пенсильвания является членом-учредителем.

«Нам очень повезло, что мы были включены в первоначальное предложение MMEC», — сказала Джоан Редвинг, ведущий исследователь инфраструктурного проекта и заслуженный профессор материаловедения и инженерии, а также директор консорциума двумерных кристаллов MRI, инновационной платформы материалов Национального научного фонда США и национального пользовательского объекта. «Предложение включало инвестиции в инфраструктуру для обучения и развития рабочей силы. Финансирование позволит МРТ создать мощности для производства полупроводниковых тонких пленок и устройств следующего поколения, включая новое оборудование, которое позволит нам масштабировать производство и создавать прототипы устройств».

В основе нового объекта, ставшего возможным благодаря финансированию, будет лежать металл-органический инструмент химического осаждения из газовой фазы (MOCVD), производимый AIXTRON SE, транснациональной технологической компанией. Инструмент MOCVD работает путем нагрева камеры строго контролируемым образом, в которую подаются специальные химические газы, содержащие элементы, необходимые для материала. Эти газы вступают в реакцию и разрушаются на горячей поверхности, такой как полупроводниковая пластина, нанося тонкий ровный слой материала. Такое точное наслоение позволяет получать высококачественные материалы, используемые в передовых технологиях, таких как полупроводники.

Этот прибор позволит наносить полупроводниковые тонкие пленки на несколько пластин одновременно с размерами до четырех дюймов в диаметре. Инструмент уникален своей способностью выращивать как широкозонные полупроводники, такие как нитрид галлия, используемый в силовой электронике, так и двумерные (2D) материалы — новый ультратонкий полупроводник для логики и вычислений, вдохновленных мозгом. Нитрид галлия и 2D-материалы находят применение в высокопроизводительной силовой электронике и энергоэффективных вычислениях, которые являются критически важными технологиями для электромобилей и искусственного интеллекта, а также для других применений.

«Этот инструмент позволит студентам и начинающим исследователям получить практический опыт работы с современным оборудованием для осаждения тонких пленок, используемым в промышленности для производства тонких пленок составных полупроводников», — пояснил Редвинг. «Это также предоставит новые возможности для масштабирования тонкопленочных материалов для исследований устройств, особенно для передовых полупроводников, включая широкозонные и 2D-материалы».

В дополнение к инструменту MOCVD, в лаборатории будет размещено несколько других специализированных инструментов. Одним из них является атомно-силовой микроскоп Jupiter XR от Oxford Instruments Asylum Research для быстрого сканирования и картирования всех пластин, что поможет улучшить контроль качества и характеризацию тонкопленочных материалов. Другой – испаритель для осаждения специализированных контактных металлических блоков для устройств, изготовленных с использованием 2D-материалов. Этот инструмент будет поддерживать исследования Сюзанны Мони, профессора материаловедения и инженерии, и Саптарши Даса, профессора инженерных наук и механики, а также других преподавателей.

Оборудование будет доступно для использования исследователями в штате Пенсильвания и за его пределами в качестве пользовательского объекта с общими технологическими ноу-хау. Возможности лаборатории предоставят возможности для ряда исследователей из Университета штата Пенсильвания, в том числе преподавателей, работающих над силовой электроникой и разработкой 2D-устройств.

«Эта новая лаборатория более тесно связывает нас с MMEC и предоставляет уникальную возможность поддержать обучение и развитие рабочей силы, а также совместные исследования с университетами и отраслевыми партнерами по всему консорциуму», — сказал Редвинг.