"รหัส การ ทํางาน" ของ กระบวนการ ผลิต ที่ มี ความ พัฒนาการ: แผ่นดิน แรนด์ ทํา ให้ ทรานซิสเตอร์ "ประหยัด พลังงาน และ เร็ว

เมื่อกระบวนการผลิตเข้าสู่ช่วงต่ำกว่า 7 นาโนเมตร ความหนาของชั้นไดอิเล็กทริกเกตของทรานซิสเตอร์จะน้อยกว่า 5 นาโนเมตร ซึ่งเทียบเท่ากับอะตอม 30 อะตอมเรียงกันข้างๆ กัน ณ จุดนี้ ไดอิเล็กทริกซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO₂) แบบดั้งเดิมจะรั่วไหลเนื่องจาก "ผลกระทบจากการลอดอุโมงค์" ทำให้สิ้นเปลืองพลังงานเหมือน "แบตเตอรี่รั่ว" การเพิ่มธาตุหายากทำให้สารกึ่งตัวนำสามารถทะลุขีดจำกัดทางกายภาพนี้ได้

กระบวนการไดอิเล็กทริก high-k เป็นหัวใจสำคัญของโซลูชัน ปัจจุบัน วัสดุ high-k หลักคือ ฮาฟเนียมออกไซด์ (HfO₂) แต่ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก (ค่า k) ของ HfO₂ บริสุทธิ์มีค่าประมาณ 25 ซึ่งยังไม่เพียงพอที่จะรองรับกระบวนการ 3 นาโนเมตร ดังนั้น ธาตุหายากสองชนิด ได้แก่ แลนทานัม (La) และอิตเทรียม (Y) จึงถูก "เชิญ" เข้าไปในชั้นไดอิเล็กทริก: ชั้นแลนทานัมออกไซด์ (La₂O₃) หนาไม่กี่อังสตรอมถูกนำไปเคลือบบนพื้นผิวของ HfO₂ หลังจากการอบที่อุณหภูมิสูง ไอออนของแลนทานัมจะแพร่กระจายไปยังรอยต่อระหว่างไดอิเล็กทริกและซิลิคอน ก่อตัวเป็น "ไดโพลรอยต่อ" ซึ่งเปรียบเสมือนการติดตั้ง "ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า" สำหรับทรานซิสเตอร์ ลดแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ลงมากกว่า 0.2V ซึ่งหมายความว่าภายใต้ประสิทธิภาพเดียวกัน การใช้พลังงานของชิปสามารถลดลงได้ 30%; ภายใต้การใช้พลังงานเดียวกัน ความเร็วในการสลับสามารถเพิ่มขึ้นได้ 20%

"การเสริมพลังด้วยธาตุหายาก" นี้ยังขยายไปยังสาขาที่ทันสมัยมากขึ้น เลเซอร์ทูเลียม (Tm) ที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore ในสหรัฐอเมริกาใช้ไอออนทูเลียมเพื่อสร้างเลเซอร์ 2μm ซึ่งคาดว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสง EUV จาก 0.02% ในปัจจุบันเป็น 0.2% ซึ่งหมายความว่าการใช้พลังงานของเครื่องพิมพ์หินสามารถลดลงได้ 90% และต้นทุนสามารถลดลงได้ครึ่งหนึ่ง ในสาขา 5G RF ฟิล์มอะลูมิเนียมสแกนเดียมไนไตรด์ (AlScN) เนื่องจากการเติมสแกนเดียม (Sc) มีประสิทธิภาพเพียโซอิเล็กทริกสูงกว่าอะลูมิเนียมไนไตรด์บริสุทธิ์ (AlN) ถึงสามเท่า ทำให้เป็น "ราชาแห่งประสิทธิภาพ" ของตัวกรอง BAW และเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าโทรศัพท์มือถือจะสามารถสื่อสารด้วยความเร็วสูงในย่านความถี่สูง 5G ได้หรือไม่