Zo worden chips de komende jaren sneller

Een rondleiding bij imec in Leuven

Artikel

We zijn er gewend aan geraakt dat de chips in onze computers, smartphones en consoles steeds krachtiger worden. Maar daar gaat natuurlijk een hoop onzichtbaar werk aan vooraf. Chipmakers werken onvermoeibaar aan het verbeteren van hun productieprocessen, zodat ze meer transistors in een chip kunnen verwerken. Die transistors vormen de basis van een chip, en simpel gezegd: hoe meer transistors, hoe beter de chip.

De Wet van Moore dicteerde jarenlang dat het aantal transistors in een chip iedere twee jaar zou verdubbelen, vooral doordat transistors door de jaren heen steeds verder konden worden verkleind. Inmiddels naderen ze de omvang van een atoom en daarom wordt het steeds moeilijker om ze verder te verkleinen. En laat dat nou net de manier zijn om chips krachtiger te maken.

Dat is waar imec in beeld komt. Dat Belgische onderzoeksinstituut richt zich op nano-elektronica en is daarmee onder andere bezig met het verder verkleinen van transistors. Het onderzoek van imec dekt de productie-'nodes' die chipmakers in de komende vijf tot tien jaar zullen introduceren. Met klanten als TSMC, Samsung en Intel bieden de innovaties van imec een vooruitblik op wat je in het komende decennium kunt verwachten van je nieuwe smartphone, spelcomputer, cpu en videokaart.

Onlangs waren we op bezoek bij het hoofdkwartier van imec. We kregen een rondleiding in de cleanroom en zagen een bijgewerkte roadmap, die aangeeft wat er de komende jaren op chipgebied te gebeuren staat.

De achtergrond van imec

Imec werd veertig jaar geleden, op 16 januari 1984, opgericht. Het was een initiatief van de toenmalige ceo Roger Van Overstraeten, samen met een groep andere onderzoekers van de KU Leuven. Ze wilden zich verdiepen in de ontwikkeling van nieuwe generaties chiptechnologieën, destijds nog een opkomende technologie.

Door de jaren heen is imec uitgegroeid tot een van de grootste r&d-centra ter wereld, met ruim 5500 medewerkers waarvan het merendeel een wetenschappelijke achtergrond heeft. Hoewel het tegenwoordig onderzoek doet naar een breed scala aan technieken, zoals life sciences en gezondheidstechnologie, is het nog altijd erg actief op het gebied van microchips.

In de beginjaren van imec werden de transistors in chips nog geproduceerd op een micrometer, oftewel duizend nanometer. Tegenwoordig gaan die transistors richting de twee nanometer, hoewel de daadwerkelijke afmetingen daarvan afwijken. Het mag duidelijk zijn dat er de afgelopen veertig jaar een hoop is verbeterd in onze chips, mede dankzij het onderzoek van imec.

Het hoofdkantoor van imec in Leuven. Bron: imec

Samenwerken in de cleanroom

Imec voert zijn onderzoek uit in de cleanroom, een kleinschalige chipproductiefaciliteit van 12.000 vierkante meter. In deze faciliteit bevinden zich 200 tools van een breed scala aan bedrijven. Zij gebruiken de cleanroom van imec als hub om hun nieuwste apparatuur te testen en te werken aan toekomstige chiptechnieken. Imec doorloopt daar samen met die partijen uit de chipsector het volledige chipproductieproces voor onderzoeksdoeleinden. De chips die bij imec worden geproduceerd, zijn dus niet bestemd voor de verkoop.

Imec werkt samen met bedrijven uit alle hoeken van de chipindustrie, in de eerste plaats met alle grote chipfabrikanten: TSMC, Samsung, Intel, Micron, Kioxia, SK hynix, Western Digital en Global Foundries. Maar het werkt ook samen met minder geavanceerde chipmakers, zoals Bosch, Infineon, NXP en Sony. Imec werkt eveneens samen met de klanten van die chipbedrijven, zoals AMD, Apple, Nvidia en Qualcomm.

Bron: imec

Maar de samenwerking stopt daar niet. In de cleanroom van imec komen machines van bedrijven uit alle hoeken van het chipecosysteem bijeen. Naast chipfabrikanten, geldt dat bijvoorbeeld ook voor machinebouwers, ontwikkelaars van chipontwerpsoftware, leveranciers van materialen zoals fotoresists, en chipontwerpbedrijven zoals AMD, Apple, Arm, Meta, Microsoft en Nvidia.

Het hebben van een cleanroom op zich is natuurlijk niet uniek; alle chipfabrikanten beschikken over een dergelijke productieruimte. Het verschil zit hem vooral in de productgeneraties. Imec loopt met zijn onderzoek steevast twee tot vier generaties voor op de chips die momenteel geproduceerd worden door chipmakers zoals TSMC, Samsung en Intel. Dit komt neer op een voorsprong van zeker vijf tot tien jaar.

Die voorsprong geldt niet alleen voor de productie, maar ook op het gebied van kennis. Tijdens een korte rondleiding door de cleanroom zei imec bijvoorbeeld dat het een machine had staan voor onderzoek naar 2d-materialen. Dergelijke materialen kunnen naar verwachting in de tweede helft van het volgende decennium worden gebruikt voor chips. Deze machine is uniek aan imec. Hoewel hij oorspronkelijk afkomstig was van een bestaande machinefabrikant, is hij van binnen volledig gestript en opnieuw opgebouwd om deze geschikt te maken voor 2d-materialen. De benodigde kennis daarvoor ontbrak bij de fabrikant nog.

Bron: imec

De roadmap van imec en de werking van een transistor

Met al die bedrijven werkt imec samen aan zijn befaamde roadmap, die aangeeft wat we de komende jaren kunnen verwachten in onze chips. De huidige roadmap van imec loopt tot ongeveer 2039 en geeft chips voorbij het A2-procedé weer, wat zou neerkomen op 0,2nm. Ter illustratie: hoewel deze naamgeving vooral marketing is en weinig te maken heeft met daadwerkelijke afmetingen, zijn chipmakers op dit moment bezig met de overstap naar '2nm'.

De roadmap van imec draait vooral om de introductie van nieuwe soorten transistors. Door deze anders op te bouwen, wordt het mogelijk om ze verder te verkleinen zonder dat daarbij problemen als lekstromen ontstaan. Jaren geleden waren transistors gewoon plat. Ze bestonden uit een kanaaltje van silicium, dat stroom kon vervoeren tussen een source en een drain.

Boven op dat kanaal bevond zich een gate die de stroomdoorvoer regelde. Als een specifieke spanning op de gate werd gezet, werd het kanaal geleidend en kon er stroom doorheen lopen, waardoor de transistor inschakelde. Wanneer die spanning van de gate werd afgehaald, schakelde de transistor uit. Dat proces vond vele malen per seconde plaats. De staat van de transistor bepaalde of de computer een ‘0’ (als de transistor uit staat) of een ‘1’ (als hij aan staat) interpreteerde.

De recentste roadmap van imec

Van nanosheets naar gestapelde 'cfets'

Ruim tien jaar geleden stapten chipmakers al over op de finfet, wat in feite een soort 3d-transistor is. Het kanaal van deze transistor is niet langer plat, maar steekt de hoogte in, waardoor het een beetje op een vin lijkt. Doordat het kanaal hoog is, zit de gate niet alleen op de bovenkant, maar ook aan de zijkanten. Door dat extra contactoppervlak heeft de gate meer controle over de stroomtoevoer en dienen lekstromen zich minder snel voor.

Maar ook de finfet is inmiddels aan het einde van zijn latijn. Chipmakers zijn momenteel bezig met de overstap op ‘gate-all-aroundtransistors’, ook wel nanosheets genoemd. Zoals de naam al aangeeft, zijn de kanalen hiermee volledig omsloten door de gate, dus ook aan de onderkant, terwijl dit bij finfets alleen aan de boven- en zijkanten het geval is. Dat maakt nog betere gatecontrole mogelijk. Chipmakers kunnen ook meerdere kanaaltjes boven op elkaar stapelen, voor een nog efficiëntere inzet van het chipoppervlak.

Nanosheettransistors. Bron: IBM

Daarna staat de forksheet op de planning. Dat transistortype tackelt een geheel nieuw probleem. Chips maken namelijk gebruik van twee verschillende soorten transistors: één met een positieve lading en één met een negatieve. Door die twee met elkaar te combineren, functioneert de chip een stuk efficiënter. Ze vereisen echter allebei een losse ruimte. Forksheets lossen dat op door ze als het ware tegen elkaar aan te plakken, met een 'diëlektrische' muur ertussen. Die muur isoleert de twee transistors van elkaar om interferentie te voorkomen.

Door de P- en N-transistors dichter op elkaar te zetten, kunnen meer transistors op een chipoppervlak gezet worden. Deze aanpak heeft echter ook enkele nadelen. Door de diëlektrische muur tussen de P- en N-kanalen heeft de gate namelijk minder contact met de kanalen dan bij nanosheets. Het lijkt wat dat betreft meer op ‘tri-gate’-transistors, zoals een finfet. Sri Samavedam, senior vicepresident van cmos-technologieën bij imec, zegt tegen Tweakers dat de compactere omvang die trade-off echter wel waard is. Het gatecontact kan bovendien iets worden verbeterd door de rand van de kanalen iets bij te schaven.

Geïntegreerde forksheets op een wafer. Bron: imec

Die nadelen worden in het volgende decennium verholpen met complementary field-effect transistors, ofwel cfets. Waar de P- en N-transistors bij forksheets nog naast elkaar worden geplaatst, worden die bij cfets op elkaar gestapeld. Doordat de transistors zo minder horizontale ruimte innemen, wordt het mogelijk om nog meer transistors in het chipoppervlak te verwerken. Dat betekent niet dat het aantal transistors in één klap verdubbeld kan worden. Samaveda schat dat de schaal met dertig tot veertig procent kan toenemen.

Cfets kunnen opgebouwd worden op twee verschillende manieren. Imec verwacht te beginnen met een monolithische opbouw, waarbij de volledige cfet in één keer wordt geproduceerd. Dat is een relatief simpele en betaalbare aanpak, die inmiddels ook al werkt in het lab. Later volgen cfets met een sequentiële opbouw, waarbij de onderste transistor los wordt geproduceerd, waarna de bovenste transistor er los bovenop wordt gebouwd. Dat maakt de productie ingewikkelder, maar maakt het ook mogelijk om aparte materialen te gebruiken voor de P- en N-transistors voor betere efficiëntie.

Een illustratie van een cfet, in feite twee op elkaar gestapelde nanosheettransistors. Bron: Intel

De roadmap van imec gaat vervolgens verder met atomic cfets, die na 2035 worden geïntroduceerd. Die maken voor de kanalen gebruik van 2d-materialen, die slechts enkele atomen dik zijn. Door die kleinere omvang wordt het mogelijk om de transistors nog kleiner te maken. Bovendien hebben 2d-materialen een hogere mobility, wat betekent dat de elektronen gemakkelijker door het materiaal kunnen lopen dan bij silicium. Imec onderzoekt momenteel verschillende mogelijke materialen, zoals molybdeensulfiet en wolfraam, en houdt er rekening mee dat mogelijk verschillende materialen nodig zijn voor de P- en N-transistors.

De huidige roadmap van imec houdt op bij de 2d-materialen, maar daarmee zijn chipmakers naar verwachting nog zeker tot na 2035 zoet. Imec verwacht dat dergelijke transistors gebruikt kunnen worden tot A2-procedés van chipmakers, wat zou neerkomen op ‘0,2nm’, met een introductie die momenteel verwacht wordt tegen het einde van het volgende decennium.

Meer weten over transistors?

Tweakers publiceerde eerder een uitgebreider interview met Hans Mertens, principal member of technical staff bij imec. In dat artikel wordt nog dieper ingegaan op de verschillende soorten transistors die hierboven zijn besproken. Ben je daar benieuwd naar? Lees dan dat volledige interview.

Tot slot

Het zal dus nog even duren voordat wij als gebruikers daadwerkelijk de vruchten gaan plukken van het nieuwste onderzoek van imec, maar er wordt duidelijk aan de weg getimmerd. Een deel van imecs onderzoek wordt momenteel door chipmakers aangewezen als stip op de horizon. TSMC heeft bijvoorbeeld laten weten dat het werkt aan cfets, en heeft dat transistortype naar eigen zeggen al werkend in zijn lab, hoewel de fabrikant ze nog niet concreet op de roadmap heeft staan. Ook Samsung en Intel werken aan cfets voor een mogelijke introductie ergens in het volgende decennium. Dat is nog ver weg, maar Moore's Law is in ieder geval nog niet helemaal dood.

Bannerafbeelding: imec

Reacties (57)

[jeroenathome]

Ik zie verschillende bedrijven samen werken met IMEC, maar ASML staat er niet tussen. Ik had verwacht dat ASML ook geïnteresseerd is in wat daar gebeurt.

[wildhagen]

ASML en IMEC werken wel degelijk samen. Zowel op het gebied van produktie en R&D:

ASML en imec gaan in Veldhoven samen een High NA EUV Lithography Lab openen. Zo kunnen chipfabrikanten en leveranciers van materialen en apparatuur alvast toegang krijgen tot het eerste prototype van een High NA EUV-scanner en daarmee samenhangende verwerkings- en meetinstrumenten. Beide bedrijven verwachten dat door deze zeer vroege betrokkenheid onder meer de introductie in de productie soepeler zal verlopen.

De opening van het gezamenlijke ASML-imec High NA EUV Lab is volgens beide partijen een mijlpaal in de voorbereiding van High NA EUV voor massaproductie (naar verwachting in de periode 2025-2026).

Zie ASML en imec laten fabrikanten en leveranciers toe tot prototype (bericht van juni dit jaar)

Als in onderzoek/onderwijs:

Chipmachinefabrikant ASML en zijn nauwe onderzoekpartner IMEC gaan bijdragen aan de samenwerking tussen KU Leuven en TU Eindhoven (TU/e). Beide universiteiten kondigen aan om meer gezamenlijk op te trekken bij onderzoek en onderwijs op gebied van microchip engineering. De overeenkomst moet ook de positie van de Brainport (Eindhoven) en Mindgate (Leuven) regio’s versterken.

De samenwerking richt zich op onderzoek en ontwikkeling van ai-technologie, mechatronica, softwareontwikkeling, onderzoek naar nieuwe materialen, plasmafysica, heterogene integratie en optica. De overeenkomst sluit aan op de European Chips Act, die talent- en kennisontwikkeling in halfgeleideronderzoek en -onderwijs bevordert.

Zo komt er een gezamenlijk gefinancierd fondsenprogramma voor doctoraatskandidaten. Het doel hiervan is om de volgende generatie experten op te leiden die voor doorbraken in het domein van halfgeleiders kunnen zorgen. Ook qua onderwijs slaan Eindhoven en Leuven de handen ineen. Er komen gezamenlijke mastertrajecten op gebieden zoals optica, fotonica, quantumtechnologie, halfgeleidertechniek en hightech-systeemtechniek. Dit omvat ook uitwisselingsmogelijkheden tussen de twee instellingen voor zowel studenten als personeel.

Bron: ASML en IMEC versterken samenwerking KU Leuven en TU Eindhoven (bericht van eerder deze maand)

[Reactie gewijzigd door wildhagen op 27 juli 2024 06:40]

[obimk1]

Als voormalige ASML'er kan ik dit bevestigen, iMEC werd al snel genoemd.

[Blokmeister]

In de video zie je ook een paar machines van ASML staan.

[jeroenathome]

Ik had de video nog niet bekeken. In de video staan wel enkele machines van ASML

[Verwijderd]

In de video komt nog een kast met daarop asml

[A-tot-de-B]

Als je nou al weet wat je in 2039 gaat bouwen waarom bouw je het dan niet nu?

[barbarbar]

Ik weet dat ik volgend jaar een huis ga bouwen, ik weet ook hoe dat eruit gaat zien. Maar d'r moet nog heel veel uitgezocht worden voordat de bouw begint. Dus het plan is dat we 2026 een huis hebben, maar in de tussentijd moet er nog veel uitgezocht en gedaan worden. En dat is dan de bouw van iets waarvan we de stappen, materialen, processen e.d. goed kennen.

Dus je kunt prima weten dat 2d transistors mogelijk zijn, en wellicht ook al enkele van geproduceerd hebt. Maar dan moet je nog heel veel onderzoeken hoe je daar dan een functionele chip van kunt maken op grote schaal, met machines die er nu nog niet zijn, met kennis die mensen nu nog niet hebben, met materialen die nu nog niet in toereikende hoeveelheden worden gemaakt. Je bent van zoveel toeleveranciers afhankelijk, en elk daarvan moet zover zijn dat de juiste materialen op grote schaal en betrouwbare kwaliteit geleverd kan worden. Dat duurt jaren tot decennia voordat je daarmee klaar bent.

[A-tot-de-B]

Ja ik snap wat je bedoeld maar in jouw voorbeeld zou dat betekenen dat je dan ook in 2024 en dan nog een keer in 2025 alvast een huis bouwt met net wat mindere technieken. Daar gaat een hoop tijd en geld inzitten en ja tuurlijk leer je er ook alvast wat van voor je huis van 2026 maar is dat noodzakelijk? Ik denk soms dat het vooral gedaan wordt zodat je de consument elk jaar weer weer een paar procent beter spul kan aanbieden.

[Coolstart]

Ik denk soms dat het vooral gedaan wordt zodat je de consument elk jaar weer weer een paar procent beter spul kan aanbieden.

Harde claim! Denk je nu echt dat ze betere technieken achterhouden? Dat heet een samenzwering: Alle bedrijven ter wereld die samenspannen om technologie stapsgewijs te laten evolueren.

Dat is dus regelrechte onzin. Dat er af en toe een node strategisch vooruit of achteruit geschoven wordt is geen bewijs van uw claim.

[A-tot-de-B]

Gelukkig claim ik het niet en dat was ook niet mijn bedoeling, ik zeg: ik denk soms. Ik vraag mij soms af of het niet anders zou kunnen. Hadden ze usb niet meteen in usb-c formaat kunnen maken zodat het niet uitmaakt hoe je de "stekker" erin steekt. Ik denk zeker niet dat daar een complot achter zit. Wel benieuwd hoe het dan wel precies zit.

En daarbij als bedrijven meer geld kunnen verdienen door eerst versie 1.5 uit te brengen en dan pas versie 2 dan denk ik zeker dat ze dat doen ookal is het technologisch niet nodig

[Reactie gewijzigd door A-tot-de-B op 27 juli 2024 22:33]

[To_Tall]

Tja USB. Veel meer natuurlijk. Waarom? Simpel niemand had er aan gedacht dat bij het ontwikkelen van usb. Deze techniek ook voor andere doeleinden gebruikt zouden gaan worden.

Zelfde met de technieken die nu onderzocht worden kan zomaar zijn dat technieken die nu uitgevonden worden. Jaren geen toepasbaarheid hebben. Wat in het artikel ook staat ze hebben een manier onderzocht een aparaat helemaal moeten strippen om wat ze in theorie hebben uitgevonden toepasbaar te maken om dat de fabrikant van dat apparaat de kennis en kunde nog niet heeft.

[mariok87]

In dit geval kijkt men vooral of het technisch haalbaar is. Het gehele ecosysteem van bedrijven wie de etch/depositie/etc. machines gaan leveren moet nog worden opgezet en er moeten nog machines worden ontwikkeld die in staat zijn om dergelijke kleine structuren aan te kunnen (er komt meer bij kijken dan alleen ASML).

Ook moet het productieproces zo stabiel worden dat het volledig geautomatiseerd kan werken en dat er een hoge yield kan worden behaald.

[Airlock NL]

Voor internet providers zou ik het wel durven claimen. Er is veel meer mogelijk al qua snelheid, maar ze doen er elk jaar een klein schepje bovenop... en dan vlak daarna doen ze ook een schepje op de prijs. uitmelken heet dat.

[FlaffTweakr]

Zeggen ze niet letterlijk in de video dat er nog heel wat onderzoek moet gebeuren om die geplande technologie te kunnen ondersteunen, dus pretty much dat het beperkt blijft tot een claim?

[Omnicron1]

En van Applied Materials ( heb ik voor gewerkt), en van TEL ( Tokyo electron Furnace systemen)
Wetbenches, en veel andere welbekende machines.
Dit zijn toch allemaal grote jongens die samenwerken om een zo hoog mogelijke know how te creeren

[Blokker_1999]

Omdat je van concept naar product moet gaan. De theorie is gekend, maar je moet nog uitwerken hoe het in de praktijk kan omgezet worden.

[sympa]

Dat is zo erg correct. 1 transistor maken die getest kan worden is echt heel wat anders dan een productieproces waar 10 miljard transistoren op 1 chip het allemaal doen.
En ook nog eens verschillende typen transistors, niet alleen die ene, en de manieren om die efficiënt op elkaar aan te sluiten.

[SPee]

Er zijn heel veel redenen te bedenken.

• De huidige machines hebben nog niet hun geld opgeleverd
• De voorgaande tech is nog niet in productie en moet eerst nog het geld opleveren (kosten terugverdienen)
• Er moet nog veel handmatig gebeuren, dus niet efficiënt voor de productie (of hogere kosten voor de klant)
• Er komen nog veel fouten in het proces voor
• Regelgeving moet nog uitgezocht worden

[Omnicron1]

Daar zou ik niet zo zeker van zijn. Voorbeeld. Intel kocht in de jaren 90,2000 ooit bij Genus- een hoog energie Ion implanter. Ding koste toendertijd al dik 80 miljoen Euro. En verbaas u nou maar die dingen worden bij Intel continue aan de gang gehouden met alleen maar het noodzakelijke jaarlijkse onderhoud of een bron wissel, meer niet. Na 4 jaar zijn die compleet afgeschreven en hebben ze hun geld opgebracht en gaan ze de verkoop in. NXP Nijmegen kocht destijds een Genus daarna heet het ineens Kestrel oid. van Intel voor een zeer laag prijsje
Ding werd in Nijmegen geïnstalleerd, de andere ging van de ene kant naar de andere hal. en die draaien daar vermoedelijk nog steeds.... Je wilt niet weten hoeveel geld er in deze industrie omgaat, Dat is echt niet te bevatten. Ja er wordt immens veel geinvesteerd, maar ook absurd veel verdient

Ma.w.De meeste machines hebben een terugverdien model van slechts enkele jaren, en worden vaan verkocht met leveranciers support. EN handmatig wordt er echt niet zoveel gedaan. dat beslaat slechts uit visuele controles, en wafer intern transport als er bijvoorbeeld geen Daifuku transport systeem is
Fouten horen bij dit proces, meestal door contaminatie en of stof, foutieve belichting..
Regelgeving ? wara heb je het over ? In de meer dan 25 jaar dat ik bij NXP, Applied en ASML heb gewerkt heb ik nog nooit regelgeving gezien, Wel patenten als je dat bedoeld.

[Ludewig]

Als je nou al weet wat je in 2039 gaat bouwen waarom bouw je het dan niet nu?

Omdat er nog gigantisch veel ontwikkeld moet worden voordat het ook echt gemaakt kan worden. Dat je het op papier kunt maken betekent nog niet dat het in de praktijk ook kan.

En als je alle problemen in 1 keer probeert op te lossen, dan is het totaal niet te behappen, want dan gaat er zoveel fout en is het zo onduidelijk waar de fout nu eigenlijk zit, dat het oplossen van de problemen niet meer lukt.

[Omnicron1]

Dat valt allemaal wel mee. Het hele proces begint bij het design.
Standaard librarys met functies worden aaneen gekoppeld mbv modellen AI en elektrische ontwerpen. Daar zit de knowhow how. Er worden een masker set mee gegenereerd en ja dat is allemaal geautomatiseerd. Dat was het al in de jaren 2000.....
De processen om vervolgens op een silicium-wafer chips te maken is allemaal gestandaardiseerd, Denk aan C100 & C10 processen in 1988. daarop is enorm veel uitontwikkeld.
Bij het maken van een Ic heb je te maken met ultraschone depositie, etsen belichten implanteren, ed.
Allemaal standaard ! daar is niks nieuws aan. Die kennis is bij al die chipbakkers aanwezig.
Tsmc heeft destijds tijdens de opstart van MOS4YOU bij Philips Nijmegen, het latere NXP, stage gelopen en die gasten hebben de hele cleanroom 1 op 1 overgenomen incl alle tekortkomingen van in ons geval de TEL Alpha series depositie en anneal ovens. Ze hebben hun werk heel goed gedaan gezien hun huidige marktpositie.
We hebben het hier over meer dan 40 jaar chippie bakken wat tot ene ware kunst is verheven, en ik ben blij dat ik er mijn sporen heb achter kunnen laten...

[Poor_Tesla]

Als je goed geluisterd hebt dan hoor je spreken over 2D materiaal.

Dit is allemaal nog zeer nieuw. Deze materialen zijn zo dik als1 atoom , Grapheen, Mos2 etc..
Hier moet men nog veel over leren en zit vollop in R&D fase.

https://www.imec-int.com/...ns-three-major-challenges

''While for now, individual device performance is an order of magnitude lower than for reported lab devices, the 300mm integration flow is used to understand the process impact and to identify the integration roadblocks. The channel material quality and control of the defectivity remain the biggest challenge in improving device performance. A second roadblock is the contact resistance of the source/drain contacts that needs to be reduced to acceptable levels. Thirdly, comprehensive models need to be developed to enable the above-mentioned device architecture designs, with built-in realistic process assumptions.''

Er wordt bij imec contsant geinoveerd op veel verschillende vlakken.Als het zo simpel zou zijn asl jij beschrijft zouden we al lang in the end-game zitten.
Dan zou EU geen geld besteden aan the EU-Graphene Flagship om onderzoek te doen naar deze 2d materialen.
En je hebt deze nodig voor de volgende generatie transistoren.

[Omnicron1]

Waar heb je die onzin vandaan ? Veel chips worden wel degelijk in 3 d ontworpen en gestackt.
Da's niks nieuws, dat deden we al bij MO4YOU in 2000

Voor nieuwe ontwikkelingen zoals grafeen ja. Maar daar maakt men oa nanotubes van die zijn dus 3D.
EN 1 atoom laag dik gaat niet lukken. Daar hebben wij in diverse opstellingen al testen mee gedaan.
Doel is oom eerst de huidige processen aan te passen en uit te diepen.
Dan nieuwe innovaties erbij betrekken. want we zijn nog niet zover dat we deze probleemloos kunnen implementeren
We zitten met de kosten en de patenterechten.... dat speelt ook een zeer grote rol.

[Reactie gewijzigd door Omnicron1 op 17 augustus 2024 12:15]

[g_v_rijn]

Hebben landen als China, Japan, India, Irak en Rusland ook een chip technologie industrie? Of heeft men bijv via aandelen enige invloed. Zo ja, in hoeverre zijn er overeenkomsten?

[Reactie gewijzigd door g_v_rijn op 27 juli 2024 13:17]

[wildhagen]

China: jazeker, die hebben zowel foundries als bedrijven die zich met lithografie bezig houden, van beiden meerderen.

Een bekend voorbeeld van een Chinese foundry is bijvoorbeeld SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation). Een voorbeeld van een litografie-producent (naast andere produkten) is bijvoorbeeld SMEE (Shanghai Micro Electronics Equipment))

Japan heeft o.a. Rohm Semiconductor, ook Fujitsu en Fuji Electric zijn in die sector actief. En qua litography hebben ze ook Canon natuurlijk, die maken net als bijvoorbeeld ASML ook litography-machines.

Rusland heeft o.a. Mikron, Angstrem, Ruselectronics, en nog enkele andere bedrijven.

[Reactie gewijzigd door wildhagen op 27 juli 2024 13:29]

[Uruk-Hai]

Er kan toch niet steeds kleiner worden geproduceerd om chips steeds krachtiger te laten worden?

Vroeg of laat is de grens bereikt en moeten chips groter/dikker worden om er meer transistors in te kunnen verwerken.

Weten ze al wanneer dat gaat gebeuren?

[dmantione]

De transistoren worden al enige tijd niet kleiner meer, ze gaan de hoogte in om er meer op een oppervlak te proppen. Dat is ook de (vereenvoudigde) reden waarom de Wet van Moore niet langer opgaat.

De truckjes om de hoogte in te bouwen zijn voorlopig evenwel nog niet uitgeput, dus de hoeveelheid transistoren blijft evenwel nog toenemen en dat heeft nog steeds bepaalde efficiëntievoordelen. Niet genoeg om de Wet van Moore in stand te houden, wel om chips in lager tempo krachtiger maken.

[Hansie9999]

persoonlijk denk ik dat de volgende echte grote stap iets gaat zijn zoals ;

- de ontdekking van echte bruikbare supergeleider materiaal bij kamertemperatuur

- een soort stof die warmte omzet in electriciteit (in essentie een zelfkoelende chip die electriciteit opwekt door zich te koelen en die electriciteit meteen terug gebruikt, dus super efficiënt)


We kunnen dromen héé

[swallav]

Een stof die warmte omzet in elektriciteit, is al lang geleden uitgevonden (okay strikt genomen twee materialen) en wordt ook al op grote toegepast. Met behulp van het Seebeck effect werken vele temperatuur sensoren (ook wel Thermo electric effect genoemd). Er zijn zelfs selfpowering sensors die daar volledig door gevoed worden. Het is echter niet rendabel om zoiets toe te passen in een CPU.

Supergeleiding bij kamertemperatuur is natuurlijk een mooi concept, maar in IC’s is het niet direct een voordeel. Je moet het namelijk ook in een (metal) layer kunnen krijgen. En zolang dat niet goedkoop en schaalbaar te doen is, heb je er weinig aan.

[Hansie9999]

Je moet het namelijk ook in een (metal) layer kunnen krijgen. En zolang dat niet goedkoop en schaalbaar te doen is, heb je er weinig aan.

Het is echter niet rendabel om zoiets toe te passen in een CPU

Daarom dat het ook dromen zijn maar zulke zaken zullen volgens mij (als het inderdaad ook betaalbaar is) zeker een grote boost geven aan computers en een grotere boost dan steeds maar kleinere transistors

[Omnicron1]

Stof die elektriciteit omzet in koude is er ook. Peltier element.
alleen hebben we daar weinig aan, omdat het niet goed genoeg koelt.
Maar daar zie ik nog wel verbetering in komen.
Die supergeleiding is zo wie zo een probleem, want je komt te zitten met andere krimp en uitzettingcooficienten bij extreem lage temperatuur... Da's vermoed ik nog een hele puzzel

[rodgaa]

Denk dat we straks telefoon gaan krijgen die puur als streaming devivce werken voor je 'base station' die in huis staat, die kan dan zo groot zijn als een huidige high end PC en daar draaien dan je Game PC, console, TV's, koelkast, washmachine in huis allemaal op en via streaming je telefoon en wearables. Dan hoef je niet per se ultra klein te gaan met goede performance maar alleen met lage inputlag spul te streamen.

[Poor_Tesla]

Je moet eens kijken naar de mogelijkheden van 2d Grapheen.

https://news.mit.edu/2022...ting-graphene-family-0708

YouTube: This New Semiconductor Could Revolutionize Computing

Er is echter nog veel werk voor de boeg voor deze in consumer electronica zal terecht komen.

[Blokmeister]

Ik denk dat er nog heel wat rek zit in de huidige technologie. IMEC stippelt al een roadmap uit voor het komende decennium. Ongetwijfeld worden er dan weer slimme trucs bedacht om dat voort te zetten.

Verre toekomstmuziek is bijvoorbeeld moleculaire elektronica, waarbij enkele moleculen kunnen worden ingezet als transistor. Op dit moment is dit verre van industrialiseerbaar, en de verwachtingen zijn niet zo heel groot. Maar als men voorziet dat de rek van de halfgeleiderindustrie eruit is, dan gaan ze echt wel verder kijken.

Maar dit is lastig te voorspellen. Zelfs als ik een glazen bol zou hebben, zou die niet transparant zijn voor EUV!

[Blokker_1999]

En die grens wordt in essentie ook benoemt, van zodra men dus aan het 2D ontwerp komt, waarbij de lagen dus 1 atoom dik zullen zijn. Mogelijks over 10 jaar een realiteit.

[Omnicron1]

Die lagen kunnen geen 1 atoom dik zijn, dat zal altijd beperkt blijven tot meerdere lagen.
anders lekt de spanning gelijk weg naar andere delen en werkt de schakeling niet.

[maxx007at]

Interessant artikel om te lezen. Mooi om te zien dat ook uiteindelijk alles op 1 plek bijeen komt om te kunnen innoveren.

[Boeteloes]

Mooi bedrijf. Ben er zelf met een project bezig en had samen met een partner daar een evenement georganiseerd en destijds ook een korte rondleiding gehad. Wij stonden enkel in de die lange gang dat je naar binnen kan kijken en de onderzoekers ziet werken. Er indrukwekkend en vooral de inzet om alles brandschoon te houden was erg bijzonder.

[JPK1960]

Mijn complimenten voor een innovatief bedrijf en daarnaast wil ik de auteur danken voor deze heldere uitleg met betrekking tot de werking van transistors.

[Linksquest]

Heel leuk artikel, vond het zeer interessant.

[Baserk]

Mooi artikel. Tweakers worthy!

[jeronimo]

Voor wat meer diepgang kan ik je deze van Asianometry aanraden.

https://www.youtube.com/watch?v=RO7E7RX0L2Y

De beste man heeft veel mee op zijn kanaal staan over zeer verschillende onderwerpen, maar die over de semicon industrie (ASML, Zeiss, etc) vind ik erg goed.