Инженеры создают процесс производства спинтроники, который может произвести революцию в электронной промышленности.

Исследователи Университета Миннесоты Twin Cities вместе с командой Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали революционный процесс создания спинтронных устройств, который может стать новым отраслевым стандартом для полупроводниковых микросхем, из которых состоят компьютеры. смартфоны и много другой электроники. Новый процесс позволит создавать более быстрые и эффективные устройства спинтроники, которые можно уменьшить до меньших размеров, чем когда-либо прежде.

Статья исследователей опубликована в Advanced Functional Materials.

«Мы считаем, что нашли материал и устройство, которые позволят полупроводниковой промышленности продвинуться вперед с большими возможностями в спинтронике, которых раньше не было для памяти и вычислительных приложений», — сказал Цзянь-Пин Ван, старший автор статьи. и профессор и заведующий кафедрой Роберта Ф. Хартмана на факультете электротехники и вычислительной техники Миннесотского университета. «Спинтроника невероятно важна для создания микроэлектроники с новыми функциями».

Ван сказал, что Миннесота активно возглавляет эти усилия уже более 10 лет при активной поддержке Корпорации исследований полупроводников (SRC), Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) и Национального научного фонда (NSF).

Команда Вана также работала с Миннесотским университетом коммерциализации технологий и NIST, чтобы запатентовать эту технологию, наряду с несколькими другими патентами, связанными с этим исследованием. Это открытие также открывает новые возможности для исследований в области разработки и производства устройств спинтроники на следующее десятилетие.

«Это означает, что Honeywell, Skywater, Globalfoundries, Intel и подобные им компании могут интегрировать этот материал в свои процессы и продукты по производству полупроводников», — сказал Ван. «Это очень интересно, потому что инженеры отрасли смогут проектировать еще более мощные системы».

Полупроводниковая промышленность постоянно пытается разрабатывать микросхемы все меньшего и меньшего размера, которые могут максимизировать энергоэффективность , скорость вычислений и емкость хранения данных в электронных устройствах. Устройства Spintronic, в которых для хранения данных используется вращение электронов, а не электрический заряд, представляют собой многообещающую и более эффективную альтернативу традиционным микросхемам на основе транзисторов. Эти материалы также могут быть энергонезависимыми, что означает, что они требуют меньше энергии и могут хранить память и выполнять вычисления даже после того, как вы отключите их источник питания.

Материалы спинтроники успешно интегрируются в полупроводниковые микросхемы уже более десяти лет, но стандартный материал спинтроники, кобальт-железо-бор, достиг предела своей масштабируемости. В настоящее время инженеры не могут создавать устройства размером менее 20 нанометров без потери их способности хранить данные.

Исследователи из Миннесотского университета обошли эту проблему, показав, что железный палладий, альтернативный материал кобальт-железо-бор, который требует меньше энергии и имеет потенциал для большего объема хранения данных, может быть уменьшен до размеров до пяти нанометров.

И впервые исследователи смогли вырастить железный палладий на кремниевой пластине, используя 8-дюймовую многокамерную систему сверхвысокого вакуумного напыления, которая является единственным в своем роде оборудованием среди академических учреждений по всему миру . стране и доступен только в Университете Миннесоты.

«Эта работа впервые в мире показывает, что вы можете выращивать этот материал, который может быть уменьшен до размера менее пяти нанометров, на подложке, совместимой с полупроводниковой промышленностью, так называемые стратегии CMOS + X», — сказал он . Дэюань Лю, первый автор статьи и доктор философии. студент факультета электротехники и вычислительной техники Миннесотского университета.

«Наша команда поставила перед собой задачу улучшить новый материал для производства спинтронных устройств, необходимых для приложений следующего поколения, требовательных к данным», — сказал Дэниел Гопман, научный сотрудник NIST и один из ключевых участников исследования. «Будет интересно увидеть, как этот прогресс способствует дальнейшему росту устройств спинтроники в сфере технологий полупроводниковых микросхем».