یک جهش نازک به جلو: اولین ریزتراشه دوبعدی کاربردی جهان
اولین نمایش یک ریزتراشه کاربردی که مواد دوبعدی نازک اتمی را با خواص عجیب و غریب ادغام می‌کند، خبر از عصر جدیدی از میکروالکترونیک می‌دهد.
- اولین ریزتراشه کاملاً یکپارچه و کاربردی جهان بر اساس مواد دو بعدی عجیب و غریب در KAUST ساخته شده است. این پیشرفت پتانسیل مواد دو بعدی را برای گسترش عملکرد و عملکرد فناوری های مبتنی بر ریزتراشه نشان می دهد.
از زمان ساخت اولین لایه‌های نازک اتمی گرافیت – به نام گرافن – در سال 2004، علاقه شدیدی به این مواد برای کاربردهای پیشرفته و جدید به دلیل ویژگی‌های فیزیکی عجیب و غریب و امیدوارکننده آنها وجود داشته است. اما، علیرغم دو دهه تحقیق، ریزدستگاه‌های کاربردی مبتنی بر این مواد دوبعدی به دلیل چالش‌هایی که در ساخت و مدیریت چنین لایه‌های نازک شکننده‌ای وجود دارد، گریزان شده‌اند.
با الهام از دستاوردهای اخیر در آزمایشگاه لانزا در مورد فیلم های دوبعدی کاربردی، همکاری به رهبری KAUST اکنون نمونه اولیه ریزتراشه مبتنی بر دوبعدی را تولید و به نمایش گذاشته است.
لانزا می‌گوید: «انگیزه ما افزایش سطح آمادگی فناوری دستگاه‌ها و مدارهای الکترونیکی مبتنی بر مواد دو بعدی با استفاده از ریزمدارهای معمولی CMOS مبتنی بر سیلیکون به عنوان پایه و تکنیک‌های استاندارد ساخت نیمه‌رسانا بود. با این حال، چالش این است که مواد 2 بعدی مصنوعی می‌توانند حاوی عیوب محلی مانند ناخالصی‌های اتمی باشند که می‌تواند باعث از کار افتادن دستگاه‌های کوچک شود. همچنین، ادغام مواد دو بعدی در میکروچیپ بدون آسیب رساندن به آن بسیار دشوار است.
تیم تحقیقاتی طراحی تراشه را بهینه کرد تا ساخت آن را آسان‌تر کند و تأثیر نقص‌ها را به حداقل برساند. آنها این کار را با ساخت ترانزیستورهای استاندارد نیمه هادی اکسید فلزی (CMOS) در یک طرف تراشه و تغذیه اتصالات داخلی به قسمت زیرین انجام دادند، جایی که مواد دو بعدی را می توان به طور قابل اعتماد در پدهای کوچک با عرض کمتر از 0.25 میکرومتر منتقل کرد.
ما ماده دو بعدی – نیترید بور شش ضلعی یا h-BN را روی فویل مسی تولید کردیم و با استفاده از یک فرآیند مرطوب در دمای پایین به ریزتراشه منتقل کردیم و سپس با تبخیر خلاء معمولی و فتولیتوگرافی الکترودهایی در بالای آن تشکیل دادیم. لانزا می‌گوید فرآیندهایی هستند که ما در داخل داریم. به این ترتیب ما یک آرایه 5×5 از سلول‌های یک ترانزیستور/یک ممریستور به هم متصل در یک ماتریس میله‌ای تولید کردیم.
ویژگی‌های عجیب h-BN دو بعدی، که در اینجا فقط 18 اتم یا 6 نانومتر ضخامت دارد، آن را به یک “ممریستور” ایده‌آل تبدیل می‌کند – یک جزء مقاومتی که مقاومت آن را می‌توان با ولتاژ اعمال شده تنظیم کرد. در این آرایش 5×5، هر یک از پدهای ممریستور در مقیاس میکرو به یک ترانزیستور اختصاصی متصل می شود. این کنترل ولتاژ دقیق مورد نیاز برای عملکرد ممریستور را به عنوان یک دستگاه عملکردی با عملکرد و قابلیت اطمینان بالا در هزاران سیکل، در این مورد به عنوان یک عنصر شبکه عصبی کم مصرف، فراهم می‌کند.
لانزا می‌گوید: «با این پیشرفت پرچمدار، ما اکنون با شرکت‌های نیمه‌رسانای پیشرو در حال گفتگو هستیم تا به کار در این مسیر ادامه دهیم. ما همچنین در حال بررسی نصب سیستم پردازش صنعتی در مقیاس ویفر برای مواد دو بعدی در KAUST هستیم تا این قابلیت را ارتقا دهیم.
دیدگاهتان را بنویسید