一個由科學家改裝的家用微波爐，正在幫助製造下一代手機、電腦和其他電子產品。這項發明被證明克服了半導體行業面臨的一個重大挑戰。相關研究結果以“Efficient
and stable activation by microwave annealing of nanosheet silicon doped
with phosphorus above its solubility limit”為題，發表在科學期刊《應用物理學快報》（Applied
Physics Letters）上。
康奈爾大學材料科學與工程系教授 James Hwang 為改論文的通訊作者之一。
（來源：Applied Physics Letters）
隨着芯片尺寸變得越來越小，要想產生所需的電流，硅必須摻雜或混合更高濃度的磷。如今，半導體製造商正面臨著一個臨界極限，即使用傳統方法來加熱高摻雜材料已經無法生產出性能穩定的半導體。
半導體製造商台積電（TSMC）認為，微波在理論上可以用來激活過量的摻雜劑。但是，就像家用微波爐有時會不均勻地加熱食物一樣，之前的微波退火裝置往往會產生“駐波”（standing waves），從而阻止摻雜劑的一致激活。
圖｜電子顯微鏡下的芯片（來源：維基百科）
為此，台積電與 Hwang 合作，通過一個改進的微波爐選擇性地控制駐波發生的位置，從而可以在不過度加熱或損壞硅晶體的前提下，恰到好處地激活摻雜劑。
對此，Hwang 表示：“這一發現可以用於製造 2025 年前後生產的半導體材料和電子產品。”
甚至，Hwang 還說道：“目前，只有少數企業在生產 3 納米的半導體材料。這種新的微波方法有可能使台積電（TSMC）和三星（Samsung）等芯片製造商將尺寸縮小到 2 納米。”
圖｜在改裝微波爐旁邊的 James Hwang（右）。
據介紹，這一突破可能會改變芯片中使用的晶體管的幾何形狀。
20 多年來，為了保證每個芯片上能裝載更多的晶體管，晶體管被製作成像背鰭一樣直立。
近年來，芯片製造商開始試驗一種新的結構，在這種結構下，晶體管可以呈水平堆疊狀。而微波退火使更多摻雜的材料成為可能，這是實現新結構的關鍵。
參考資料：
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0099083