Американська компанія Diamond Foundry заявила про вирощування першого у світі монокристала алмазу діаметром 200 мм. Матеріал може використовуватися для відведення тепла від потужних процесорів штучного інтелекту та виробництва сучасних напівпровідників, однак його придатність до комерційного виробництва чипів ще належить перевірити.
Про це повідомляє Interesting Engineering.
Компанія Diamond Foundry, штаб-квартира якої розташована в Сан-Франциско, оголосила про досягнення 6 листопада. За словами розробників, створення кристала стало результатом 25 років роботи над технологією вирощування великих безперервних монокристалів алмазу.
Новий зразок має діаметр 200 мм, що вдвічі перевищує розмір попереднього монокристала компанії діаметром 100 мм. Він являє собою єдину кристалічну структуру, а не диск, зібраний із менших алмазів або утворений із багатьох кристалічних зерен.
Це важливо для електроніки, оскільки межі між кристалічними зернами та дефекти матеріалу можуть погіршувати передавання тепла й електричного заряду.
Чому алмази можуть бути корисними для виробництва чипів?
Однією з головних переваг алмазу є його висока теплопровідність. За кімнатної температури високочистий монокристалічний алмаз може проводити тепло з показником близько 2000 ватів на метр-кельвін, що в кілька разів перевищує відповідний показник міді.
Ця властивість може допомогти у відведенні тепла від потужних процесорів штучного інтелекту та систем високопродуктивних обчислень. У таких пристроях значна кількість електроенергії споживається на невеликій площі, через що виникають локальні перегріви, які обмежують продуктивність і можуть прискорювати зношування компонентів.
Алмаз потенційно можна використовувати як матеріал для розподілення тепла або підкладку в сучасних корпусах мікросхем. Його широка заборонена зона — приблизно 5,47 електронвольта — також робить матеріал перспективним для потужної та високочастотної електроніки.
Водночас алмаз поки не може безпосередньо замінити кремній у виробництві напівпровідників. Серед основних труднощів — контроль електричних властивостей матеріалу та його інтеграція з наявними технологіями виготовлення мікросхем.
Що відомо про технологію виробництва?
Раніше Diamond Foundry повідомляла про створення монокристала алмазу діаметром 100 мм за допомогою гетероепітаксії — методу вирощування кристала на основі іншого матеріалу з формуванням упорядкованої кристалічної структури.
Водночас компанія не уточнила, чи застосовувала ту саму технологію для нового зразка діаметром 200 мм.
Генеральний директор компанії Мартін Рошайзен зазначив, що досягнення стало можливим завдяки вдосконаленню фізики плазми, конструкції реакторів, хімії росту кристалів, кристалічної інженерії та виробничого контролю. Він також відзначив роботу Стефана Гселла та Мартіна Фішера, які займаються масштабуванням монокристалів алмазу протягом 25 років.
Чи готовий алмаз до промислового використання?
Представлений кристал перебуває у вирощеному, неполірованому стані. Перед використанням у виробництві мікросхем він потребує додаткової обробки та перевірки характеристик.
Для комерційного застосування необхідно забезпечити стабільну товщину, рівність поверхні, низький рівень дефектів і передбачувані теплові та електричні властивості на всій робочій площі матеріалу. Також потрібно підтвердити можливість стабільного повторення виробничого процесу.
У Diamond Foundry заявили, що досягнення діаметра 200 мм робить перспективу вирощування кристала діаметром 300 мм передбачуваною. Однак компанія не оприлюднила термінів реалізації цього наступного етапу та детальних даних про виробничі показники.
Крім того, компанія планує розширювати виробництво завдяки проєкту в Іспанії вартістю 2,77 мільярда доларів, який підтримується в межах Європейського акта про мікросхеми. Її мета — перетворити монокристалічний алмаз із нішевого продукту на промисловий матеріал для напівпровідникової галузі.
