تصور کنید لایه کانالی آنقدر نازک باشد که ضخامتش با کسری از یک نانومتر سنجیده شود. در چنین مقیاسی، تغییرات بسیار کوچک تعیین میکنند که ترانزیستور روان کار کند یا از حرکت بازبماند. تیاسامسی با همکاری دانشگاه ملی یانگ مینگ چیائو تونگ تایوان، به سراغ مواد عجیب و تازه نرفت. آنها در عوض، شیمی سطح ترانزیستور را از نو مهندسی کردند.
چرا یک لایه آلومینیومی به نازکی ویفر قواعد بازی را تغییر میدهد
تراشههای مدرن با استفاده از طراحیهای سهبعدی مانند فینفت و ترانزیستورهای اثر میدانی گیتدورتادور، میلیاردها ترانزیستور را در خود جای میدهند. این معماریها با پیچاندن گیت به دور یک کانال برجسته، سطح تماس گیت را افزایش میدهند. این ترفند کارآمد است، اما فقط تا زمانی که کانال بیش از حد نازک نشود. وقتی کانالها به حدود ۳ تا ۵ نانومتر نزدیک میشوند، کنترل گیت تضعیف میشود. در ابعاد کمتر از حدود ۳ نانومتر، الکترونها با مواد گیت به شکلهایی برهمکنش پیدا میکنند که مقاومت را بالا میبرد و نشت جریان را افزایش میدهد.
اینجاست که نیمهرساناهای دوبعدی تکلایه، مانند دیسولفید مولیبدن (MoS2)، جذاب به نظر میرسند. یک کانال دیسولفید مولیبدن با ضخامت حدود ۰٫۷ نانومتر میتواند کنترل الکترواستاتیکی بسیار بهتر و نشت کمتری فراهم کند و به تولیدکنندگان امکان دهد به سراغ پشتههای گیت زیر ۱ نانومتر و طول کانالهای فوقکوتاه بروند. اما فوقنازک بودن، حساسیت فوقالعادهای هم به همراه دارد. اگر بخواهید دیالکتریک گیت را با روشهای قدیمی رسوبدهی کنید، نتیجه لایهای زبر، ناهمگون و لکهلکه خواهد بود که عملکرد ترانزیستور را تضعیف میکند.
تیاسامسی و دانشگاه ملی یانگ مینگ چیائو تونگ مسئله را از زاویهای معکوس حل کردند. آنها به جای ابداع یک دیالکتریک کاملا جدید یا تحمیل شیمی رسوبدهی تهاجمی به دیسولفید مولیبدن، ابتدا سطح کانال را مهندسی کردند. این تیم یک تکلایه آلومینیوم همبافته را روی دیسولفید مولیبدن نشاند و اجازه داد این لایه به اکسید آلومینیوم یکنواختی با ضخامت تنها ۰٫۴۲ نانومتر اکسید شود. سپس روی این بافر میکرونازک، یک دیالکتریک اکسید هافنیوم با ثابت دیالکتریک بالا قرار دادند.
نتیجه، یک رابط گیت بهطرز چشمگیری صاف بود که نشت جریان را مهار میکند و کنترل جریان الکترون را دقیقتر میسازد. در آزمایشها، این پشته مهندسیشده از نظر سطح، کنترل گیت و مقاومت پایینتری در حد داشتن یک دیالکتریک حدودا ۱ نانومتری ارائه داد، اما در عین حال مزایای کانال دیسولفید مولیبدن را نیز حفظ کرد.
این دستاورد نقاط قوت روشنی دارد، اما پرسشهای عملی هم باقی است. تولید در مقیاس صنعتی همچنان به همبافتگی تمیز، تکرارپذیر و قابل ادغام در فرایندهای پسین ساخت تراشه نیاز دارد. با این حال، این رویکرد بسیاری از مصالحههای دشوار در انتخاب مواد را که تراشهسازان سالها با آن درگیر بودهاند دور میزند و مسیری واقعبینانه به سوی ابزارهای منطقی متراکمتر و سریعتر ارائه میدهد.
این حرکت در مهندسی سطح میتواند پلی عملی به سوی تولید انبوه ترانزیستورهای زیر ۱ نانومتر و آغاز فصل تازهای در مقیاسپذیری نیمهرساناها باشد.
.avif)
نظر بگذارید
نظرات (2)
واقعاً تو خط تولید؟ کارخونهها میتونن این همبافتگی رو همیشه بسازن؟ اگه نه فقد یه پروتوتایپه، نه بیشتر... شک دارم به تکرارپذیریش
وااای، لایه آلومینیوم ۰.۴۲ نانومتری؟ یعنی عملا دارن دروازهی جدیدی باز میکنن... اگر صنعتی بشه، شتاب خیلی بزرگی میگیره ولی امیدوارم تو تولید پایدار باشه