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復(fù)旦Nat. Commun.：機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化制造基于二維半導(dǎo)體的晶圓級(jí)功能電路

在石墨烯開創(chuàng)性研究的推動(dòng)下，二維層狀材料 (2DLM) 家族已經(jīng)被研究了十余年，并展示出了具有吸引力的功能。然而，仍然存在阻礙高質(zhì)量增長(zhǎng)和電路級(jí)集成的挑戰(zhàn)，以往的研究仍遠(yuǎn)未符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

在此，復(fù)旦大學(xué)包文中研究員、周鵬教授及萬(wàn)景研究員等人通過(guò)利用機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 算法來(lái)評(píng)估影響MoS₂頂柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 電氣特性的關(guān)鍵工藝參數(shù)來(lái)克服這些挑戰(zhàn)。

然后，在ML結(jié)合網(wǎng)格搜索的指導(dǎo)下，晶圓級(jí)加工過(guò)程將協(xié)同優(yōu)化器件性能，包括載流子遷移率、閾值電壓、亞閾值擺動(dòng)和電流開關(guān)比。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DoE）相比，這種ML輔助方法可以有效減少?gòu)?fù)雜協(xié)同優(yōu)化的研究工作量。

圖1. 機(jī)器學(xué)習(xí)輔助優(yōu)化MoS₂器件工藝

此外，由于構(gòu)建在晶圓上的FET具有高均勻性，因此作者使用RPI模型（級(jí)別= 62）在HSPICE模擬器中模擬MoS₂FET進(jìn)一步用于構(gòu)建功能性數(shù)字、模擬和光電檢測(cè)電路。最后，作者展示了采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)流程和FET的晶圓級(jí)加工。

綜上所述，這些結(jié)果通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了ML輔助制造優(yōu)化對(duì)電子材料的應(yīng)用潛力，這項(xiàng)研究只是一個(gè)案例，其減少器件優(yōu)化學(xué)習(xí)周期的能力可以擴(kuò)展到其他新興電子材料和新型器件。

圖2. 基于MoS₂TG-FET的邏輯電路

圖3. 由MoS₂FET構(gòu)建的晶圓級(jí)集成電路

Wafer-scale functional circuits based on two dimensional semiconductors with fabrication optimized by machine learning, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26230-x

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