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| Ejemplo de un chip semiconductor moderno CRÉDITO @Mathieu Luisier |
Resumen:
La Fundación Nacional de Ciencias de Suiza ha otorgado al profesor Mathieu Luisier más de dos millones de francos suizos durante un período de cinco años para desarrollar un simulador asistido por computadora que simplificará el diseño de componentes electrónicos y acelerará su proceso de fabricación.
Luisier gana SNSF Advanced Grant para desarrollar herramientas de simulación para dispositivos a nanoescala
Lausana, Suiza | Publicado el 8 de julio de 2022
La ley de escala de Moore, que establece que el tamaño del transistor disminuye exponencialmente, ha provocado que las dimensiones de estos componentes, que forman el corazón de los chips semiconductores, se acerquen al límite atómico. Los efectos mecánicos cuánticos dominan aquí, y diseñar y producir dispositivos confiables a esta escala es complicado: Intel, por ejemplo, tuvo que retrasar el lanzamiento de su chip de 7 nanómetros cuatro años mientras volvía a la mesa de dibujo con el diseño del transistor.
Si bien es complicado, también tiene visión de futuro: los transistores más pequeños significan más ajustes en una pieza de silicio, lo que hace posible construir componentes más potentes y complejos. Por ejemplo, Luisier prevé la cointegración de módulos de emisión/detección de luz que permiten la comunicación de alta velocidad en el chip, generadores termoeléctricos que ayudan a reciclar el calor emitido por los microprocesadores y memoria no volátil que permite el almacenamiento de datos con eficiencia energética.
Sin embargo, estas innovaciones y nuevas funcionalidades solo serán posibles si se pueden combinar materiales novedosos como materiales bidimensionales, compuestos inorgánicos como BaTiO3 y óxidos complejos con el silicio que forma la base de estos chips. Además de la integración de nuevos materiales, todas estas funcionalidades incluyen efectos eléctricos, ópticos y térmicos. Conducen a importantes interacciones entre electrones, fonones y fotones, que a su vez podrían afectar negativamente al rendimiento de los dispositivos electrónicos y, por lo tanto, deben diseñarse y controlarse desde la fase inicial de diseño.
Debido a la continua adaptación de las recetas de fabricación de transistores y la introducción gradual de impulsores tecnológicos como la tensión o los FinFET 3D, la Ley de Moore se ha aplicado hasta ahora, dice Luisier. Este avance, aunque impulsado por la intuición de investigadores visionarios, se basó en herramientas tecnológicas clásicas de diseño asistido por computadora (TCAD) utilizadas para validar nuevas ideas.
Sin embargo, los ingenieros de dispositivos se han dado cuenta de que tales enfoques de diseño no pueden manejar la escala atómica debido a la fuerte influencia de los efectos de la mecánica cuántica. La combinación de múltiples funcionalidades, la mezcla de materiales heterogéneos y la estrecha interacción entre los fenómenos eléctricos, térmicos y ópticos complican aún más la situación. El diseño de chips de próxima generación, dice Luisier, dependerá de la disponibilidad de herramientas de modelado avanzadas que se puedan usar durante el proceso de diseño para predecir con precisión las propiedades de los nanodispositivos multifuncionales y de múltiples materiales. Si bien existen herramientas de modelado más avanzadas, incluido el OMEN desarrollado por el propio Luisier, varias consideraciones limitan su uso práctico. A veces, solo se pueden usar en estructuras diminutas de menos de 1000 átomos, usar parámetros empíricos como entradas o ignorar ciertas interacciones partícula-partícula, por ejemplo. Los investigadores necesitan una nueva clase de simuladores de dispositivos con capacidades de modelado avanzadas.
Aquí es donde entra en juego el proyecto Quantum Transport Simulations at the Exascale and Beyond, financiado por SNSF; su objetivo final es «ir más allá del estado del arte» con el desarrollo y lanzamiento de un proyecto universal, portátil y de código abierto. , simulador de dispositivo escalable y avanzado «QuaTrEx». La herramienta tendrá capacidades únicas y establecerá nuevos estándares en términos de capacidades de simulación, implementación de código y aplicaciones de dispositivos.
“Al considerar la física correcta, al ofrecer una amplia gama de geometrías de dispositivos, al utilizar todo tipo de recursos computacionales y al ser lanzada como software de código abierto, la herramienta QuaTrEx propuesta tiene el potencial de acompañar a la industria de los semiconductores a través del tiempo por lo menos. 20 años, salvarlo de los problemas de diseño que podrían resultar de las predicciones inexactas de los simuladores de dispositivos estándar y allanar el camino para los chips semiconductores de próxima generación”, dijo Luisier.
La financiación de SNSF apoyará a dos posdoctorados y tres estudiantes de doctorado a lo largo del proyecto.
Las Subvenciones Avanzadas de la SNSF se introdujeron en 2021 para ofrecer a los investigadores de instituciones suizas un sustituto de las Subvenciones Avanzadas del Consejo Europeo de Investigación, para las que actualmente no pueden solicitar: Suiza se considera un tercer país no asociado en el marco de la UE programa de investigación Horizonte Europa. De las 232 solicitudes de subvención avanzada presentadas a la SNSF el año pasado, 24 calificaron para recibir financiamiento.
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