به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، افزایش سریع تقاضا برای تراشههای پرقدرت و کممصرف که ناشی از رشد هوش مصنوعی و مدلهای زبانی بزرگ است، جستوجو برای فناوریهای نسل بعدی نیمههادی را تشدید کرده است.
قانون مور (Moore’s Law) پیشبینی میکرد ظرفیت نیمههادیها هر دو سال دو برابر شود، اما با ادامه کوچکتر شدن ابعاد تراشهها، محدودیتهای فیزیکی باعث شده افزایش بیشتر عملکرد بهطور فزایندهای دشوار شود.
نیمههادیهای دوبعدی (2D semiconductors) بهعنوان یکی از اصلیترین گزینهها برای مواد تراشههای پسامور (post-Moore) مطرح شدهاند، زیرا میتوانند امکان کوچکسازی بیشتر ترانزیستورها را فراهم کنند.
در یک نیمههادی دوبعدی، توانایی هدایت الکتریکی با افزودن مقادیر بسیار اندکی از عناصر دیگر قابل تغییر است؛ فرآیندی که «دوپینگ» (doping) نام دارد و میتواند به تولید مواد نوع n (منفی) و نوع p (مثبت) منجر شود.
در حالی که بسیاری از نیمههادیهای دوبعدی نوع n مانند مولیبدن دیسولفید و مولیبدن دیسلنید وجود دارند، نمونههای نوع p با عملکرد بالا و پایداری مناسب بسیار نادر هستند.
ترانزیستورهای یک تراشه برای عملکرد به مواد نوع n و p نیاز دارند که بهصورت جفت کار کنند. کمبود مواد نوع p با عملکرد بالا به یک گلوگاه حیاتی برای توسعه نیمههادیهای دوبعدی در گرههای زیر ۵ نانومتر تبدیل شده و همچنین به یک جبهه رقابتی شدید علمی و فناورانه بدل شده است.
برای حل این چالش، گروهی از محققین چینی، روش جدیدی برای تولید نیمههادیهای دوبعدی توسعه دادند.
این تیم اعلام کرد فرآیند متداول رسوبدهی شیمیایی بخار یا (CVD) را با استفاده از یک زیرلایه دولایه طلای/تنگستن مایع (Au/W) متحول کرده است.
این روش امکان رشد فیلمهای تکلایه تنگستن سیلیکون نیترید را در مقیاس ویفر و با قابلیت تنظیم دوپینگ فراهم کرد.
روش جدید اندازه نواحی تکبلوری را به ابعاد زیر میلیمتری افزایش داده و نرخ رشد را نسبت به مقادیر گزارششده قبلی حدود هزار برابر بیشتر کرده است.
در روشهای قبلی، رشد میتوانست تنها حدود ۱ میکرومتر طی ۵ ساعت باشد، اما اکنون این نرخ به ۲۰ میکرومتر در دقیقه رسیده و اندازه نهایی فیلم به ۳.۶ در ۱.۸ سانتیمتر رسیده است.
از نظر عملکرد ترانزیستوری، تکلایه تنگستن سیلیکون نیترید نهتنها دارای تحرک بالای حفره و چگالی جریان بالا در حالت روشن است، بلکه استحکام مکانیکی بالا، رسانایی حرارتی عالی و پایداری شیمیایی قابلتوجهی نیز دارد.
انتظار میرود این افزایش ظرفیت تولید، کاربرد صنعتی نیمههادیهای دوبعدی را تسریع کند.
دستیابی به رشد سطح وسیع تکلایه تنگستن سیلیکون نیترید با دوپینگ کنترلشده، پیششرط ادغام مقیاسپذیر کاربردهای دستگاهی است و این پژوهش مسیر استفاده از آن در مدارهای مجتمع CMOS را هموار میکند.
مهمتر از آن، این روش CVD با استفاده از طلای مایع بهعنوان زیرلایه رشد، یک مسیر عمومی و بسیار کارآمد برای رشد سریع سایر مواد دوبعدی نیز فراهم میکند.
فراتر از مدارهای مجتمع، این ماده در حوزه اپتوالکترونیک نیز ظرفیت بالایی دارد و میتواند در دیودهای نورگسیل (LED)، فوتودیودها/آشکارسازهای نوری و لیزرها بهکار گرفته شود.
پایداری فوقالعاده این ماده همچنین آن را برای حسگرهای مورد استفاده در محیطهای مایع و دستگاههای الکترونیکی رابط زیستی (bio-interfacing devices) مناسب میکند.
منبع: scmp
