2025-10-22
Khi quy trình sản xuất đi vào phạm vi dưới 7 nanomet, độ dày của lớp điện môi cổng của bóng bán dẫn nhỏ hơn 5 nanomet - tương đương với 30 nguyên tử xếp cạnh nhau. Tại thời điểm này, chất điện môi silicon dioxide (SiO₂) truyền thống sẽ bị rò rỉ do "hiệu ứng đường hầm", lãng phí điện năng như một "pin bị rò". Việc bổ sung các nguyên tố đất hiếm đã cho phép chất bán dẫn vượt qua giới hạn vật lý này.
Quy trình điện môi high-k là cốt lõi của giải pháp. Hiện tại, vật liệu high-k chủ đạo là hafnium oxide (HfO₂), nhưng hằng số điện môi (giá trị k) của HfO₂ tinh khiết là khoảng 25, vẫn chưa đủ để hỗ trợ quy trình 3 nanomet. Do đó, hai nguyên tố đất hiếm, lanthanum (La) và yttrium (Y), đã được "mời" vào lớp điện môi: một lớp lanthanum oxide (La₂O₃) dày vài angstrom được lắng đọng trên bề mặt của HfO₂. Sau khi ủ ở nhiệt độ cao, các ion lanthanum sẽ khuếch tán đến giao diện giữa chất điện môi và silicon, tạo thành "lưỡng cực giao diện", giống như việc lắp đặt một "bộ điều chỉnh điện áp" cho bóng bán dẫn, giảm điện áp ngưỡng hơn 0,2V. Điều này có nghĩa là với cùng hiệu suất, mức tiêu thụ điện năng của chip có thể giảm 30%; với cùng mức tiêu thụ điện năng, tốc độ chuyển mạch có thể tăng 20%.
"Sự trao quyền đất hiếm" này cũng đang mở rộng sang các lĩnh vực tiên tiến hơn. Laser thulium (Tm) do Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở Hoa Kỳ phát triển sử dụng các ion thulium để tạo ra laser 2μm, dự kiến sẽ tăng hiệu quả của các nguồn sáng EUV từ 0,02% hiện tại lên 0,2% - điều này có nghĩa là mức tiêu thụ điện năng của máy in thạch bản có thể giảm 90% và chi phí có thể giảm một nửa. Trong lĩnh vực 5G RF, màng nhôm scandium nitride (AlScN), do việc bổ sung scandium (Sc), có hiệu suất áp điện gấp ba lần so với nhôm nitride (AlN) tinh khiết, khiến chúng trở thành "vua hiệu suất" của bộ lọc BAW và trực tiếp quyết định xem điện thoại di động có thể đạt được giao tiếp tốc độ cao trong băng tần tần số cao 5G hay không.
Gửi yêu cầu của bạn trực tiếp đến chúng tôi
