مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا “يطورون” ترانزستورات رفيعة ذريًا لصنع شرائح كمبيوتر فائقة الكثافة

تقليديا ، رقائق أشباه الموصلات مثل تلك الموجودة على الجهاز الذي تستخدمه لقراءة هذا مصنوعة من مواد ذات هياكل ثلاثية الأبعاد ضخمة. نتيجة لهذا ، فإن تكديس طبقات متعددة من الترانزستورات لصنع رقائق أكثر كثافة أمر صعب للغاية.

هذا هو المكان الذي تدخل فيه الطريقة الجديدة للباحثين ، وفقًا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. في دراسة نشرت في تقنية النانو الطبيعة، وثق الباحثون كيف صنعوا ترانزستورات أشباه الموصلات باستخدام مواد فائقة الرقة ثنائية الأبعاد ، كل منها بسمك ثلاث ذرات تقريبًا. يمكن تكديس هذه الترانزستورات بشكل أكثر كثافة لإنتاج رقائق أكثر قوة.

ترانزستورات “متزايدة” على رقاقة سيليكون

باستخدام الطريقة الجديدة ، “طور” المهندسون طبقات من مواد ثنائية الأبعاد ثنائية الأبعاد لمواد ثنائي كالكودينيد المعدني على شريحة سيليكون مُصنَّعة بالكامل. في الماضي ، حاول الباحثون زراعة مواد ثنائية الأبعاد في مكان آخر ونقلها إلى شريحة أو رقاقة ، لكن هذا قد يتسبب في عيوب قد تعيق أداء الأجهزة.

ولكن في الوقت نفسه ، كان زرع المواد ثنائية الأبعاد مباشرة على رقاقة السيليكون يمثل تحديًا لأن العملية تتطلب عادةً درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية. هذه مشكلة بالنظر إلى حقيقة أن ترانزستورات ودوائر السيليكون تتلف عند تسخينها إلى ما يزيد عن 400 درجة.

لكن التكنولوجيا الجديدة تتكون من عملية نمو منخفضة الحرارة نسبيًا لا تلحق الضرر بالرقاقة المصنعة بالكامل. يمكن استخدام هذه التقنية لدمج ترانزستورات أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد مباشرة فوق دوائر السيليكون القياسية ، وفقًا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. يمكن استخدام هذه العملية لتنمية طبقة ناعمة وموحدة للغاية عبر رقاقة بحجم 8 بوصات ، دون المشكلات التي تصاحب نمو الطبقة في مكان آخر ودمجها في الدائرة.

“يمكنك التفكير في التحلل مثل صنع الفلفل الأسود – لديك حبة فلفل كاملة وتطحنها في شكل مسحوق. لذلك ، فإننا نطحن الفلفل ونطحنه في منطقة درجات الحرارة المرتفعة ، ثم يتدفق المسحوق مرة أخرى إلى منطقة درجات الحرارة المنخفضة ، ” جيادي تشو ، المؤلف المشارك لمقال البحث ، في بيان صحفي.

مشاكل في العملية

عادةً ما تحتوي دوائر السيليكون على الألومنيوم أو النحاس كطبقة علوية بحيث يمكن توصيل الرقائق بـ “ناقل” قبل تركيبها على لوحة دائرة كهربائية. لكن الكبريت الموجود في ثنائي إيثيلين الكبريت ، وهو أحد الجزيئات العضوية المستخدمة في العملية ، يعمل على كبريتات هذه المعادن. هذا مشابه لكيفية صدأ المعادن عند تعرضها للأكسجين ، مما يؤثر على توصيلها.

لمنع هذا ، قام الباحثون أولاً بوضع طبقة رقيقة جدًا من “مادة التخميل” فوق الشريحة قبل وضعها في عملية النمو. يمكن بعد ذلك فتح طبقة التخميل هذه لإجراء اتصالات.

أيضًا ، في حين أن درجة الحرارة أقل نسبيًا مقارنة بالطرق السابقة ، إلا أنها لا تزال تتطلب وضع الرقائق في فرن يعمل عند حوالي 400 درجة مئوية. وبسبب هذا ، فإنهم يضعون رقاقة السيليكون في منطقة ذات درجة حرارة منخفضة من الفرن عموديًا ، وليس أفقيًا. من خلال القيام بذلك ، لا يكون أي من طرفي الرقاقة قريبًا جدًا من منطقة درجة الحرارة المرتفعة ، بحيث لا يتضرر أي جزء من الحرارة.

مستقبل التكنولوجيا

يخطط الباحثون الآن لضبط تقنيتهم ​​بحيث يمكن زراعة العديد من الطبقات المكدسة من الترانزستورات ثنائية الأبعاد في المستقبل. إلى جانب ذلك ، يريدون أيضًا معرفة كيف يمكن تكييف عملية النمو ذات درجة الحرارة المنخفضة هذه مع الأسطح المرنة مثل البوليمرات أو المنسوجات أو حتى الأوراق. وفقًا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، قد يعني هذا أنه يمكن دمج أشباه الموصلات في أشياء مثل الملابس وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.