【国际时事】FURI项目资助高校研究，推动宽禁带半导体可持续发展

美国亚利桑那州立大学（ASU）艾拉·A·富尔顿工程学院电气工程专业的学生David McComas 在 ASU NanoFab 半导体加工工厂中将金属掩膜沉积在氧化镓晶片上。David McComas正在进行富尔顿大学生研究计划（Fulton Undergraduate Research Initiative，简称 FURI）项目，该项目旨在提高微电子技术的可持续性，是半导体制造商台积电秋季学期赞助的八个 FURI 项目之一。照片由 David McComas 提供

        随着微电子产品日益成为现代社会不可或缺的一部分，与其使用和制造相关的温室气体排放也随之增加。半导体制造业占全球温室气体排放量的 31 %，美国能源部对政府间气候变化专门委员会数据的分析估计，到 2030 年，与半导体相关的温室气体排放量将翻倍。

        亚利桑那州立大学艾拉·A·富尔顿工程学院的一学生团队正在努力减少这一重要领域对环境的影响，正在探索使微电子制造更环保的方法。他们的研究由台积电赞助，台积电是全球最大的微电子制造商之一，随着半导体产业在亚利桑那州的快速扩张，其影响力日益增强。

        在富尔顿本科生研究计划（FURI）中学生在教员的指导下工作，通过实践研究经验应用课堂上获得的知识。台积电在 2024 年秋季学期资助了八个与半导体制造相关的 FURI 项目，其中一些项目侧重于提高半导体的可持续使用和制造。

        富尔顿学院电气工程专业的学生 David McComas 的赞助项目侧重于降低功率电子和射频（RF）电子的能耗。功率电子转换和调节电力，以确保电气设备中使用适当的量和类型，而射频电子用于通信技术。

David McComas 在 ASU NanoFab 处理一种半导体材料--氧化镓。照片由 David McComas 提供

David McComas 在 ASU NanoFab 中操作设备。照片由 David McComas 提供

        富尔顿学院化学工程专业学生 Jay Schroeder 决定将其赞助的 FURI 项目重点放在与半导体相关的可持续性的另一个方面：减少制造过程中温室气体的产生。

        在富尔顿学院化学工程教授邓曙光的指导下，Jay Schroeder 正在探索称为沸石的多孔晶体材料在吸附一种名为四氟甲烷的气体方面的功效，该气体用于半导体制造中的蚀刻工艺。蚀刻是指去除半导体材料的一部分，以便在制造过程的后期放置其他组件。

        四氟甲烷是一种温室气体，其造成的大气变暖约为二氧化碳的 6500 倍。目前的半导体制造方法通过低温蒸馏来捕获该气体，即将该气体压缩并冷冻以确保其不会逸散到空气中。

        该过程无法捕获所有排放的四氟甲烷，并且需要大量的能量才能完成。相比之下，沸石材料可以将气体分子结合到自身，几乎或完全不需要电力，同时留下较少量的未捕获的四氟甲烷，或者根本没有逸散。

        Jay Schroeder 说明“无论是否通电，气体都只需通过表面，表面就会与四氟甲烷结合，将其从空气中去除并固定在沸石表面，很像汽车尾气通过催化转化器一样。”

        他正在使用密度泛函理论探索不同沸石材料的预测功效，该理论计算材料的预期但未证实的特性。施罗德使用该理论来缩小哪些沸石材料可能在四氟甲烷捕获方面表现良好，然后通过巨正则蒙特卡罗方法模拟预期性能，以更准确地预测沸石行为。

        在 Jay Schroeder 完成其项目部分（运行模拟）后，邓教授将使用这些结果来确定在各种条件下，在实验室环境中使用研究生进行物理测试的沸石材料。

        邓教授表示，台积电的赞助增加了研究机会。“台积电对支持本科生水平的可持续发展导向研究的承诺确实值得称赞。” 邓教授说 “这项资助不仅推动了半导体可持续发展，还通过投资于准备推动未来创新的年轻研究人员，加强了更广泛的科学、技术、工程和数学生态系统。”

        作为 FURI 项目的导师，邓教授鼓励学生通过该项目参与半导体研究。

        “这些项目提供了技术经验，并帮助学生了解技术驱动型行业中可持续实践的重要性，”他说。“从事行业支持的研究还可以深入了解潜在的职业道路，并增强半导体行业非常需要的解决问题能力。”