"Kode kinerja" dari proses manufaktur canggih: Tanah langka membuat transistor "lebih hemat energi dan lebih cepat

Ketika proses manufaktur memasuki kisaran sub-7 nanometer, ketebalan lapisan dielektrik gerbang transistor kurang dari 5 nanometer - setara dengan 30 atom yang berbaris satu sama lain.Pada titik ini, silikon dioksida tradisional (SiO₂Dengan menambahkan unsur-unsur bumi langka telah memungkinkan semikonduktor untuk menembus batas fisik ini.

Proses dielektrik k-tinggi adalah inti dari larutan.₂), tetapi konstanta dielektrik (nilai k) dari HfO murni₂Oleh karena itu, dua unsur bumi langka, lanthanum (La) dan yttrium (Y), telah "diundang" ke dalam lapisan dielektrik:beberapa lapisan tebal angstrom dari lanthanum oxide (La₂O₃) disimpan di permukaan HfO₂Setelah penggilingan suhu tinggi, ion lanthanum akan menyebar ke antarmuka antara dielektrik dan silikon, membentuk "dipole antarmuka",yang seperti memasang "regulator tegangan" untuk transistor, mengurangi tegangan ambang lebih dari 0,2V. Ini berarti bahwa dengan kinerja yang sama, konsumsi daya chip dapat dikurangi sebesar 30%; dengan konsumsi daya yang sama,kecepatan beralih dapat ditingkatkan sebesar 20%.

"Kekuatan bumi langka" ini juga meluas ke bidang-bidang yang lebih canggih.Laser thulium (Tm) yang dikembangkan oleh Lawrence Livermore National Laboratory di Amerika Serikat menggunakan ion thulium untuk menghasilkan 2μm laser, yang diharapkan meningkatkan efisiensi sumber cahaya EUV dari 0,02% saat ini menjadi 0,2% - ini berarti konsumsi daya mesin litografi dapat dikurangi sebesar 90%,dan biayanya bisa berkurang setengahDalam bidang RF 5G, film aluminium scandium nitride (AlScN), karena penambahan scandium (Sc), memiliki kinerja piezoelektrik tiga kali lipat dari aluminium nitride murni (AlN),membuat mereka "raja kinerja" dari filter BAW dan secara langsung menentukan apakah ponsel dapat mencapai komunikasi berkecepatan tinggi di pita frekuensi tinggi 5G.