Ученые создали 120-слойную структуру Si/SiGe для памяти нового поколения

Исследователи из imec и Гентского университета совершили прорыв в создании трехмерной DRAM-памяти, вырастив 120 чередующихся слоев кремния (Si) и кремний-германия (SiGe) на 300-миллиметровой пластине. Этот процесс, описанный в Journal of Applied Physics, можно сравнить со строительством небоскреба из нанометровых слоев, где каждый «этаж» должен быть идеально выровнен.

Основная сложность заключается в несоответствии кристаллических решеток материалов. Атомные расстояния в кремнии и кремний-германии немного отличаются, что вызывает напряжение в слоях и может привести к дефектам, разрушающим производительность чипа памяти.

Для решения этой проблемы команда тщательно подобрала содержание германия в слоях SiGe и экспериментировала с добавлением углерода, который действует как «клей», снимающий напряжение. Они также поддерживали исключительно равномерную температуру во время процесса осаждения, поскольку даже незначительные колебания могут привести к неравномерному росту.

Изображение: B. N. Khan, J. F. M. Van Hove, M. Meuris, Journal of Applied Physics, AIP Publishing, 2025.

Сам процесс, использующий передовые методы эпитаксиального осаждения, напоминает работу с газами. Силан и герман (газы, содержащие кремний и германий) разлагаются на поверхности пластины, оставляя после себя точные, нанометровые слои. Контроль толщины, состава и однородности каждого слоя критически важен — даже небольшое отклонение может распространиться по всей структуре, усиливая дефекты.

Зачем такие сложности? В традиционной DRAM ячейки памяти расположены плоско, что ограничивает плотность. Вертикальное наслоение (3D) позволяет разместить гораздо больше ячеек памяти на той же площади, увеличивая емкость без увеличения размеров чипов. Успешное создание 120 двухслойных структур демонстрирует, что вертикальное масштабирование достижимо, приближая нас к новому поколению высокоплотных запоминающих устройств.

Изображение: Future

Последствия этого достижения выходят за рамки чипов памяти. Техники выращивания точных многослойных структур могут продвинуть разработку 3D-транзисторов, многоуровневых логических устройств и даже архитектур для квантовых вычислений, где критически важен контроль свойств материалов на атомном уровне. Samsung уже включила 3D DRAM в свою дорожную карту и даже имеет специальный исследовательский центр для этой технологии.

Кроме того, исследование согласуется с постоянными усилиями по разработке транзисторов с круговым затвором (GAAFET) и комплементарных полевых транзисторов (CFET). Эти передовые архитектуры выигрывают от точного контроля над свойствами материалов, обеспечиваемого методами эпитаксиального роста, что позволяет создавать более мелкие и мощные транзисторы, необходимые для дальнейшей миниатюризации электронных устройств.

В итоге, это не просто укладка слоев кремния — это инженерное преодоление атомного напряжения, создание структур, которые сама природа с трудом могла бы произвести. Для технологии памяти, как мы говорим с каждым новым прорывом, это веха, которая может изменить подход к проектированию чипов, делая их плотнее, быстрее и надежнее, чем когда-либо прежде.

Источник: Tomshardware.com