การทบทวนวัสดุ 2D ล่าสุดตรวจสอบว่าพวกเขาสามารถขยายกฎหมายของมัวร์ได้อย่างไรเกินขอบเขตของซิลิคอนและเปิดใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่นต่ำรุ่นใหม่รุ่นใหม่ตั้งแต่ระบบ AI ไปจนถึงอุปกรณ์ที่สวมใส่
สินเชื่อรูปภาพ: kpixmining/shutterstock.com
รีวิวใหม่ใน ตัวอักษรนาโน-ไมโคร เขาตรวจสอบว่าวัสดุสองมิติ (2D) สามารถเปลี่ยนอนาคตของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจรรวมได้อย่างไร บทความนี้แสดงให้เห็นถึงสัญญาของเขาที่จะเอาชนะข้อ จำกัด ของเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนแบบดั้งเดิมและรักษาความคืบหน้าในยุคหลังมัวร์
ทำไมการวิจัยเหล่านี้จึงมีความสำคัญ
ในขณะที่การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ของโหนดเทคโนโลยี sub-10 nm เข้าใกล้เซมิคอนดักเตอร์มวลคลาสสิก (มักจะขึ้นอยู่กับการต่อสู้ AI) ด้วยการลดความคล่องตัวในการรับน้ำหนักและเพิ่มการใช้พลังงาน วัสดุ 2D มีเพียงไม่กี่อะตอมของความหนาและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ชัดเจนรักษาความคล่องตัวสูงแม้ในเครื่องชั่งนาโนเมตรย่อยนำเสนอวิธีรอบคอขวดเหล่านี้
ข้อกำหนดร่วมสมัยนั้นเกินกว่าโปรเซสเซอร์ที่เร็วกว่า เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่เช่นเครือข่าย 5G/6G, ปัญญาประดิษฐ์และระบบ Neuromorphic ต้องการส่วนประกอบที่ยืดหยุ่นและมีความหลากหลายมากขึ้น
วัสดุ 2D สามารถสร้างพื้นฐานสำหรับเซ็นเซอร์ที่มีความยืดหยุ่นการคำนวณขั้นสูงในหน่วยความจำและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จะสวมใส่ออกแบบสำหรับกรณีเหล่านี้ของคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขา
การออกแบบที่เป็นนวัตกรรมและกลไก
การศึกษาวิเคราะห์วัสดุ 2D ต่าง ๆ อย่างละเอียดรวมถึง Dicalkogends โลหะในช่วงเปลี่ยนผ่าน, ฟอสฟอรัสดำ, โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมและกราฟีน วัสดุเหล่านี้มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลายรวมถึงฉนวนเซมิคอนดักเตอร์และโลหะ ความหลากหลายของพวกเขาหมายความว่าพวกเขาใช้ในแอปพลิเคชันต่าง ๆ
วัสดุ 2D สามารถออกแบบมาเพื่อสร้างสถาปัตยกรรมขั้นสูงของอุปกรณ์เช่นทรานซิสเตอร์ในพื้นที่อุโมงค์ทรานซิสเตอร์ capacitive เชิงลบและการทำให้เป็นผลกระทบของ FETA
การตรวจสอบประเมินอุปกรณ์เหล่านี้ตามความลาดชันที่สูงชันจากตัวบ่งชี้ที่สูงและเปิด/ปิดซึ่งทำให้การใช้พลังงานลดลงและการปรับปรุงประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนทั่วไป
การศึกษาแสดงให้เห็นว่าวัสดุ 2D มีศักยภาพที่ดีสำหรับการรวมเสาหิน 3 มิติซึ่งช่วยให้การสร้างวงจรรวมความหนาแน่นสูงและพลังงานต่ำ ความยืดหยุ่นเชิงกลและความต้านทานของพวกเขาทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นและสวมใส่ได้สร้างความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ในด้านการดูแลสุขภาพ IoT และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
แอปพลิเคชัน
Memristors และ Memetransistors บนพื้นฐานของวัสดุ 2D แสดงให้เห็นถึงคำสัญญาที่ยอดเยี่ยมของการคำนวณในการใช้งานหน่วยความจำและ neuromorphic อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้ในการดำเนินการเชิงตรรกะและการจัดเก็บข้อมูลซึ่งทำให้เกิดความล่าช้าและการใช้พลังงานต่ำกว่าระบบ VON Neumann มาตรฐาน
การศึกษาวิเคราะห์วงจรรวมขนาดเล็กและขนาดใหญ่ที่ทำจากวัสดุ 2D เช่นอินเวอร์เตอร์ประตูตรรกะและเมทริกซ์หน่วยความจำ วงจรเหล่านี้แสดงประสิทธิภาพที่ไม่ธรรมดาด้วยการเสริมสร้างความแข็งแรงสูงการใช้พลังงานต่ำและความเสถียรที่ยอดเยี่ยมเปิดทางสำหรับแอปพลิเคชันการคำนวณความเร็วสูงในอนาคต
โอกาสในอนาคต
ผู้เขียนเรียกร้องให้ทำงานเพิ่มเติมเกี่ยวกับการปรับปรุงการสังเคราะห์และความสามารถในการปรับขนาดของวัสดุ 2D การออกแบบอุปกรณ์กลั่นและการพัฒนาเทคนิคการผลิต พวกเขายังเน้นถึงความจำเป็นในการรวมวัสดุ 2D เข้ากับเทคโนโลยีซิลิกอนที่มีอยู่เพื่อแนะนำนวัตกรรมเหล่านี้เข้าสู่ตลาด
ด้วยการศึกษาอสังหาริมทรัพย์ที่เป็นเอกลักษณ์อุปกรณ์ที่มีความคิดสร้างสรรค์ของอุปกรณ์และการใช้งานที่กว้างขวางของวัสดุ 2D การตรวจสอบนี้เป็นกรณีสำคัญของบทบาทของพวกเขาในการเอาชนะข้อ จำกัด ของเซมิคอนดักเตอร์ดั้งเดิมและในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในอนาคต
อ้างอิงถึงวารสาร:
Qin, L. และ Wang, L. (2025) วัสดุสองมิติทางออกสุดท้ายสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตและวงจรรวมขนาดใหญ่มาก ตัวอักษรนาโน-ไมโคร– doi.org/10.1007/S40820-025-01769-2
แหล่งที่มา:
มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้ Jiao Tong