محققان چگونگی کنترل رشد نیمه هادی دو بعدی را برای تراشه های آینده بررسی می کنند

بر اساس مطالعه‌ای که در Nature منتشر شده است، محققان راهی را برای کنترل جایی که کریستال‌های نیمه‌رسانای دوبعدی شروع به رشد می‌کنند، نشان داده‌اند که به طور بالقوه مانعی را برای تولید تراشه‌های نسل بعدی در مقیاس برطرف می‌کند. مقاله "هسته بندی قطعی فضایی نیمه هادی های دوبعدی با شار اچینگ" توسط تیمی شامل محققان KAIST و استارتاپ کره جنوبی TDS Innovation تالیف شد و در 7 اکتبر منتشر شد. این تکنیک از شار اچینگ برای سرکوب تشکیل کریستال های جدید در همه جا به جز در هر ناحیه رشد سنجی الگو استفاده می کند.

مواد دو بعدی از نظر اتمی نازک هستند نه به معنای واقعی کلمه دو بعدی. گرافن، شاید شناخته‌شده‌ترین نمونه، یک لایه منفرد از اتم‌های کربن است، اما عدم وجود شکاف باند ذاتی آن را برای ترانزیستورهای سوئیچینگ معمولی نامناسب می‌سازد. تک لایه‌های برخی دی‌کالکوژنیدهای فلزات واسطه (TMD)، مانند دی سولفید مولیبدن (MoS2)، دارای شکاف نواری هستند و به‌عنوان موادی برای ترانزیستورهای آینده و سایر دستگاه‌های نانومقیاس بررسی می‌شوند.

با این حال، هنگامی که روی یک ویفر رشد می‌کنند، کریستال‌های نیمه‌رسانای دوبعدی معمولا در نقاط تصادفی شروع به تشکیل می‌کنند، یا همانطور که مقاله بیان می‌کند، «رویدادهای هسته‌زایی به‌طور تصادفی در مکان‌های تصادفی در ناحیه رشد رخ می‌دهند». این بدان معناست که کریستال‌های متعددی تشکیل می‌شوند و با رشد و ملاقات، مرزهایی بین آنها ایجاد می‌کنند که عملکرد الکتریکی را کاهش می‌دهند و دستگاه‌ها را یکنواخت‌تر می‌کنند. برای تشویق یک کریستال منفرد برای تشکیل در هر ناحیه طرح‌دار، محققان چیزی را توسعه دادند که آن‌ها فرآیند هسته‌زایی تک‌مرکزی با واسطه‌ی اچینگ-شار (EF-SCN) می‌نامند.

اکسیژن آزاد شده از یک مانع اکسید، یک شار حکاکی جانبی ایجاد می کند که هسته را به جز در مرکز هندسی الگو سرکوب می کند. محققان از این فرآیند برای ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) استفاده کردند که بلوک‌های اصلی تراشه‌های مدرن هستند. آنها تحرک حامل بار - معیاری برای چگونگی حرکت آسان بار در مواد - از آنچه قبلا برای ترانزیستورهای MoS2 رشد انتخابی گزارش شده بود گزارش کردند. در یک آزمایش جداگانه روی یک بستر دو سانتی‌متری، این فرآیند در 397 از 400 مکان طرح‌دار تک بلور تولید کرد - بازدهی 99.3 درصد.

این برای افزایش مقیاس امیدوارکننده است، اگرچه هنوز نشانی از تولید تراشه تجاری نیست. Kibum Kang یکی از نویسندگان مقاله یکی از مدیران اجرایی TDS Innovation است که تجهیزات و مواد را برای دستگاه های نیمه هادی دو بعدی توسعه می دهد. این شرکت می‌گوید انباشتن دستگاه‌های نیمه‌رسانای دوبعدی روی تراشه‌های سیلیکونی می‌تواند منطق و حافظه را به هم نزدیک‌تر کند، عملکردهای بیشتری را در یک ناحیه معین قرار دهد و زمان و انرژی صرف شده برای جابجایی داده‌ها بین آنها را کاهش دهد.

مواد نیمه هادی دو بعدی نیز برای CFET ها (ترانزیستورهای اثر میدان مکمل)، که ترانزیستورهای نوع n و نوع p را به جای قرار دادن آنها در کنار هم به صورت عمودی روی هم قرار می دهند، بررسی می شوند. این نوع انباشته شدن سه بعدی توسط IBM و Intel نشان داده شده است. کانگ می‌گوید: «با تکیه بر این توانایی برای کنترل از کجا رشد کریستال شروع می‌شود، ما تک بلورهای دوبعدی با کیفیت بالا را در جایی که می‌خواهیم تشکیل می‌دهیم و آن را به یک فرآیند نیمه‌رسانای نسل بعدی تبدیل می‌کنیم که منطق و حافظه را به هم نزدیک‌تر می‌کند.»

جونی جونگ از TDS به ما گفت: این مقاله نمی‌گوید چه زمانی می‌توانیم انتظار داشته باشیم که نیمه‌هادی‌های دوبعدی به این شکل در تراشه‌های تولیدی ساخته شوند: "هدف ما این است که استفاده تجاری از نیمه‌هادی‌های دوبعدی را در حدود سال 2030 فعال کنیم. ما معتقدیم که افزایش تقاضا از سوی هوش مصنوعی، از جمله هوش مصنوعی فیزیکی و روباتیک، می‌تواند به پذیرش بیشتر کمک کند، اگرچه به زمان‌بندی تولید بستگی دارد." ®