Поскольку микрочипы продолжают уменьшаться в размерах, кремний, который используется для их производства, необходимо легировать, то есть смешивать с более высокими концентрациями фосфора для достижения желаемых свойств. Производители полупроводников в настоящее время приближаются к критическому пределу, при котором нагревание высоколегированных материалов с использованием традиционных методов больше не позволяет получать стабильно функциональные полупроводники.

Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) предположила, что микроволны можно использовать для активации избыточных легирующих примесей, но, как и в случае с бытовыми микроволновыми печами, которые иногда нагревают пищу неравномерно, предыдущие микроволновые отжиги создавали "стоячие волны", то есть дефекты, которые препятствовали последовательной активации легирующих примесей.

TSMC сотрудничала с профессором-исследователем кафедры материаловедения и инженерии Корнеллского университета Джеймсом Хваном, который модифицировал микроволновую печь, чтобы выборочно контролировать места возникновения стоячих волн. Такая точность позволяет правильно активировать легирующие примеси без чрезмерного нагрева или повреждения кристалла кремния.

Это открытие может быть использовано для производства полупроводниковых материалов и электроники, которые появятся примерно в 2025 году, сказал Хван, который подал два патента на прототип.

"Несколько производителей в настоящее время создают полупроводниковые материалы размером 3 нанометра, — говорит Хван. — Этот новый микроволновый подход потенциально может позволить ведущим производителям, таким как TSMC и Samsung, уменьшить масштаб всего до 2 нанометров".

Этот технологический прорыв может изменить геометрию транзисторов, используемых в микросхемах. Уже более 20 лет их устанавливают вертикально, как спинные плавники, чтобы на каждый микрочип можно было вместить как можно больше. Недавно производители начали экспериментировать с новой архитектурой, в которой транзисторы расположены горизонтально. Чрезмерно легированные материалы, полученные с помощью микроволнового отжига, станут ключом к новой архитектуре.

Исследование подробно описано в статье, опубликованной в Applied Physics Letters.