随着科技不断发展，对更小、更高效的计算机芯片的需求也在持续增长。为了解决这一需求，来自德克萨斯大学达拉斯分校（UTD）的研究团队，联合其他高校和行业合作伙伴，正在开发一种新型的铟基材料，旨在推动下一代计算机芯片的生产。这一研究项目已获得来自美国国家科学基金会（NSF）未来半导体（FuSe2）计划的190万美元资助。
FuSe2计划是美国政府为实现《芯片与科学法案》目标而设立的资助项目，旨在提升美国微芯片的能效并促进本土集成电路的生产。此次项目资助是42.4百万美元资助计划的一部分，目标是推动半导体制造技术的发展和能源效率的提高。
铟基材料：突破EUV光刻技术的关键
在这项研究中，科学家们专注于开发可以应用于极紫外光（EUV）光刻技术的新型铟基材料。光刻技术是半导体制造中至关重要的一个步骤，涉及将微小的电路图案转印到硅片表面，形成晶体管等元件的路径。通过将光刻技术从传统的深紫外（DUV）光源升级到极紫外光源，能够在芯片上实现更加精细和小型化的图案，从而提高芯片的性能和能效。
然而，EUV技术所使用的光子能量远高于传统的紫外光，达到92电子伏特，常规的光刻胶无法承受这种高能量的光照。因此，研究人员设计了基于铟的新型光刻胶材料，使其能够在EUV范围内有效工作，进而提升半导体制造的精度和效率。
为3D芯片制造提供新解决方案
除了在EUV光刻技术方面取得突破，研究团队还在探索如何制造3D集成电路。3D芯片通过将多个芯片层堆叠在一起，类似于高楼大厦的建筑方式，这一技术能够进一步提升芯片的计算能力和存储密度。然而，3D芯片制造面临着一个重大挑战——在构建新层时不能破坏已有的电路，因此需要使用低温材料，以免在加热过程中破坏下层电路。
德克萨斯大学达拉斯分校的朱莉娅·许（Julia Hsu）教授指出，当在已有的电路上增加新层时，如果加热温度过高，现有层的电路就会受到破坏。铟基材料可以有效解决这一问题，确保在低温条件下完成新层的叠加，避免对已有电路的损害。
图：新型铟基材料推动先进芯片制造技术的突破（图源：semiconductordigest）
光子固化技术：提升制造效率
为了解决传统方法中的问题，许教授正在测试一种创新的技术——光子固化。光子固化使用高强度但低能量的光脉冲来触发化学反应，帮助铟氧化物在不加热现有电路的情况下，获得更好的半导体性能。这种方法能够简化芯片制造过程，提高生产效率。
跨学科合作与产业支持
这项研究汇聚了多位领域内的专家，科马克·托赫（Cormac Toher）教授负责设计铟基分子，凯文·布伦纳（Kevin Brenner）教授则负责制造和测试相关设备。此外，研究团队还与约翰·霍普金斯大学的霍华德·卡茨（Howard Katz）教授合作，进行铟基分子的合成，并与德克萨斯大学奥斯汀分校的张志豪（Chih-Hao Chang）教授进行EUV测试，此外，还与东京电子、科平州立大学和诺斯罗普·格鲁曼等公司和机构展开合作。
该项目不仅仅是一个学术研究项目，它还包括了半导体行业劳动力培训，通过北德克萨斯半导体研究所为社区大学的学生提供培训，为未来的半导体产业培养专业人才。
展望未来
通过引入铟基材料，该研究团队旨在推动半导体技术的进步，使得芯片在尺寸更小、效率更高的同时，也能够更好地满足未来电子产品对计算能力和能效的需求。这一研究不仅为半导体行业带来了新的突破，也为美国在全球技术竞争中保持领先地位提供了有力的支持，同时有助于推动能源效率和可持续发展的目标。
