جهش هزاربرابری چین در تولید تراشههای دوبعدی
پژوهشگران چینی از پیشرفتی مهم در تولید نیمهرساناهای دوبعدی خبر دادهاند که میتواند مسیر توسعه نسل بعدی تراشهها را تغییر دهد. در این دستاورد، سرعت رشد مواد نیمهرسانای دوبعدی تا حدود هزار برابر سریعتر از روشهای متعارف افزایش یافته است.
به گزارش interestingengineering، افزایش شدید بار پردازشی ناشی از سامانههای هوش مصنوعی و مدلهای زبانی بزرگ، معماریهای فعلی تراشهها را به مرزهای عملکردی خود رسانده و صنعت نیمهرسانا را به جستوجوی راهکارهایی فراتر از مقیاسگذاری سنتی سیلیکون سوق داده است. برای چند دهه قانون مور مسیر پیشرفت این صنعت را تعیین میکرد و پیشبینی میکرد توان پردازشی تقریبا هر دو سال دو برابر شود.
با این حال با نزدیک شدن ابعاد ترانزیستورها به مقیاس اتمی، اثرات کوانتومی، مشکلات دفع گرما و محدودیتهای ساخت، کوچکسازی بیشتر را به طور فزایندهای دشوار کرده است. در واکنش به این چالشها، پژوهشگران به سمت مواد و معماریهای جایگزین حرکت کردهاند.
در این میان نیمهرساناهای دوبعدی (۲D) بهعنوان یکی از گزینههای امیدوارکننده در دوره پس از قانون مور مطرح شدهاند. این مواد که ساختاری در حد ضخامت یک اتم دارند میتوانند امکان ادامه مقیاسگذاری ترانزیستورها را فراهم کنند و در عین حال بهرهوری انرژی و عملکرد دستگاهها را بهبود دهند.
چالش دوپینگ در مواد دوبعدی
کنترل رفتار الکتریکی در مواد بسیار نازک دوبعدی به تنظیم دقیق شیمیایی وابسته است؛ فرآیندی که در آن مقدار کمی از اتمهای خارجی برای تغییر رسانایی به ماده افزوده میشود و به آن دوپینگ (Doping) گفته میشود. این فرایند امکان ایجاد نیمهرساناهای نوع n (غنی از الکترون) و نوع p (غنی از حفره) را فراهم میکند که هر دو برای ساخت مدارهای الکترونیکی مدرن ضروری هستند.
در حالی که مواد دوبعدی نوع n مانند دیسولفید مولیبدن و دیسلنید مولیبدن بهخوبی توسعه یافتهاند، دستیابی به مواد نوع p با عملکرد بالا و پایدار همچنان یک چالش جدی محسوب میشود؛ موضوعی که تحقق کامل دستگاههای مبتنی بر نیمهرساناهای دوبعدی را محدود کرده است.
معماریهای مدرن ترانزیستور به ترکیب مکمل مواد نوع n و p وابسته هستند؛ بنابراین کمبود مواد نوع p با کارایی بالا به یکی از موانع اصلی در طراحی تراشههای نسل بعد تبدیل شده است. این محدودیت بهویژه در گرههای فناوری کمتر از پنج نانومتر در سامانههای نیمهرسانای دوبعدی اهمیت بیشتری پیدا میکند؛ جایی که تعادل مواد برای عملکرد قابلاعتماد دستگاه حیاتی است.
برای مقابله با این چالش تیمی پژوهشی به رهبری ژو منگجیان با همکاری رن وِنسای و شو چوان از موسسه تحقیقات فلزات چین روشی تازه برای تولید نیمهرساناهای دوبعدی توسعه دادهاند. هدف این روش غلبه بر محدودیتهای فعلی مواد و تسریع توسعه عملی فناوری تراشههای دوبعدی است.
رشد سریع نیمهرساناها با بستر مبتنی بر طلا
پژوهشگران در این مطالعه روش رسوبدهی شیمیایی از فاز بخار (CVD) را بازطراحی کردند. در این روش جدید از یک بستر دولایه طلای مایع/تنگستن استفاده شد که امکان رشد در مقیاس ویفر از فیلمهای تکلایه نیترید سیلیکون تنگستن با قابلیت تنظیم دوپینگ را فراهم میکند.
این فناوری باعث افزایش اندازه دامنههای تکبلوری تا مقیاس زیر میلیمتر شده و سرعت تولید را بهطور چشمگیری افزایش داده است. در روشهای پیشین رشد این مواد حدود ۰٫۰۰۰۰۴ اینچ در پنج ساعت بود، اما در روش جدید به حدود ۰٫۰۰۰۸ اینچ در دقیقه رسیده است؛ افزایشی که معادل حدود هزار برابر سرعت بیشتر محسوب میشود.
فیلمهای تولیدشده نیز به ابعادی در حدود ۱٫۴ در ۰٫۷ اینچ دست یافتند که گامی مهم در مسیر تولید انبوه مواد نیمهرسانای دوبعدی با عملکرد بالا به شمار میرود. از نظر عملکرد دستگاه، نیترید سیلیکون تنگستن تکلایه چندین مزیت کلیدی دارد؛ از جمله تحرک بالای حفرهها، چگالی جریان بالا در حالت روشن، استحکام مکانیکی مناسب، اتلاف حرارتی کارآمد و پایداری شیمیایی مطلوب. این ویژگیها آن را به گزینهای امیدوارکننده برای طراحی ترانزیستورهای پیشرفته تبدیل میکند.
پژوهشگران میگویند توانایی تولید فیلمهای بزرگتر و کنترل دقیقتر دوپینگ میتواند نیمهرساناهای دوبعدی را یک گام به کاربردهای صنعتی نزدیکتر کند. بهویژه اینکه این روش امکان ادغام مقیاسپذیر این مواد در معماریهای CMOS را فراهم میکند؛ مرحلهای کلیدی برای بهکارگیری آنها در تراشههای نسل آینده.
انتهای پیام/
