Il "codice delle prestazioni" dei processi produttivi avanzati: le terre rare rendono i transistor "più efficienti dal punto di vista energetico e più veloci"

Quando il processo di fabbricazione raggiunge l'intervallo di sotto-7 nanometri, lo spessore dello strato dielettrico di transistor è inferiore a 5 nanometri, equivalente a 30 atomi allineati uno accanto all'altro.A questo punto, il tradizionale biossido di silicio (SiO)₂L'aggiunta di elementi di terre rare ha permesso ai semiconduttori di superare questo limite fisico.

Il processo dielettrico ad alta temperatura è il nucleo della soluzione.₂), ma la costante dielettrica (valore k) di HfO puro₂Per questo motivo, due elementi delle terre rare, il lantano (La) e l'itrio (Y), sono stati "invitati" nello strato dielettrico:uno strato di ossido di lantano (La) di spessore di pochi angstrom₂O₃) si deposita sulla superficie dell'HfO₂Dopo la ricottura ad alta temperatura, gli ioni di lantano si diffondono all'interfaccia tra il dielettrico e il silicio, formando "dipoli di interfaccia",che è come installare un "regolatore di tensione" per il transistor, riducendo la tensione di soglia di oltre 0,2 V. Ciò significa che, con le stesse prestazioni, il consumo di potenza del chip può essere ridotto del 30%; con lo stesso consumo di potenza,la velocità di commutazione può essere aumentata del 20%.

Questo "potere delle terre rare" si sta estendendo anche a campi più all'avanguardia.Il laser di tulio (Tm) sviluppato dal Lawrence Livermore National Laboratory negli Stati Uniti utilizza ioni di tulio per generare 2μLa Commissione ha adottato una proposta di direttiva che prevede la riduzione del consumo energetico delle macchine di litografia del 90%.e il costo può essere dimezzatoNel campo RF 5G, le pellicole di nitruro di scandio di alluminio (AlScN), a causa dell'aggiunta di scandio (Sc), hanno una prestazione piezoelettrica tre volte superiore a quella del nitruro di alluminio puro (AlN),rendendoli il "re delle prestazioni" dei filtri BAW e determinando direttamente se i telefoni cellulari possono raggiungere una comunicazione ad alta velocità nella banda ad alta frequenza 5G.