تعداد ترانزیستورهای روی یک ریزتراشه با پایبندی به قانون مور از دهه 1960 سالانه دو برابر شده است، اما انتظار می رود این رشد به حد نهایی خود رسیده باشد.
به گزارش تکناک، هنگامی که ترانزیستورهای ساخته شده از سیلیکون (ماده پایه ساخت ترانزیستور) از یک حد معینی کوچکتر می شوند آنگاه سیلیکون خواص الکتریکی اش را از دست میدهد
در اینجاست که مواد دو بعدی ، یعنی صفحات ظریف کریستال های کامل که به ضخامت یک اتم هستند وارد می شوند. الکترون ها در مواد دو بعدی در مقیاس نانومتر و با ضخامت اتم می توانند بسیار موثرتر از سیلیکون جریان یابند. بنابراین جستجو برای مواد اولیه ساخت ترانزیستورهای نسل بعدی با استفاده از مواد دو بعدی به عنوان جانشین بالقوه سیلیکون متمرکز شده است.
اما قبل از اینکه صنعت الکترونیک بتواند مواد دوبعدی با ضخامت یک اتم را جایگزین سیلکون کند، ابتدا دانشمندان باید راهی برای مهندسی مواد روی ویفرهای سیلیکونی استاندارد صنعتی در عین حفظ کامل شکل کریستالی این مواد بیابند و مهندسان MIT اکنون ممکن است راه حلی برای این مساله داشته باشند.
این تیم روشی را ابداع کرده است که سازندگان تراشه را قادر می سازد تا ترانزیستورهای کوچکتر ساخته شده از مواد دو بعدی را با چیدن آنها روی ویفرهای سیلیکونی و سایر مواد موجود بسازند. روش جدید شکلی از “رشد تک کریستالی بدون محور” است که تیم برای اولین بار از آن برای قراردادن مواد دو بعدی خالص و بدون نقص روی ویفرهای سیلیکونی صنعتی استفاده کرد.
این تیم با روش خود، یک ترانزیستور کاربردی ساده از نوعی مواد دوبعدی به نام دی‌کالکوژنیدهای فلزی انتقالی یا TMDs ساختند که رسانایی الکتریکی بهتری از سیلیکون در مقیاس نانومتری دارند.
جیوان کیم، دانشیار مهندسی مکانیک در MIT می‌گوید: ما انتظار داریم که فناوری ما بتواند نسل بعدی دستگاه‌های الکترونیکی برپایه نیمه‌هادی‌های ساخته شده از مواد دوبعدی، با عملکرد و کارایی بالا را توسعه دهد. ما راهی برای بقای قانون مور با استفاده از مواد دو بعدی باز کرده ایم.
برای تولید یک ماده دوبعدی، محققان معمولاً از یک فرآیند دستی استفاده می کنند که مانند جدا کردن لایه‌های پیاز ،یک پوسته نازک از مواد به ضخامت اتم به دقت از یک ماده حجیم جدا می‌شود.
اما بیشتر مواد حجیم پلی کریستالی (چند بلوری)هستند و حاوی کریستال هایی در جهت های مختلف هستند. محل اتصال یک کریستال به کریستال دیگر که اصطلاحا “مرز دانه” نامیده می شود در واقع به عنوان یک مانع الکتریکی عمل می کند. وقتی الکترون می خواهد از یک کریستال به کریستال دیگری که جهتش با کریستال اول متفاوت است جریان یابد ،متوقف می شود. زیرا این تفاوت جهت کریستال ها باعث نارسانایی ماده در مقیاس نانو می شود.
حتی پس از لایه برداری دوبعدی از ماده حجیم، محققان باید پوسته به دست آمده را برای مناطق “تک بلوری” جستجو کنند ، فرآیندی خسته کننده و زمان بر که به سختی در مقیاس های صنعتی اعمال می شود.
اخیراً، محققان روش دیگری را برای ساخت مواد دوبعدی، با قرار دادن آنها بر روی ویفرهای یاقوت کبود ، ماده‌ای با الگوی اتمی شش ضلعی که بلورهای مواد دوبعدی را به سمت جهت گیری یکسان و تک بلوری شدن سوق می دهد ، یافته‌اند.
کیم می گوید: اما هیچ کس از یاقوت کبود در صنایع الکترونیک استفاده نمی کند، تمام زیرساخت ها بر پایه سیلیکون هستند. برای ساخت مواد نیمه هادی، باید از ویفرهای سیلیکونی استفاده کنید.
با این حال، ویفرهای سیلیکونی فاقد الگوی ساختاری شش ضلعی یاقوت کبود هستند. هنگامی که محققان تلاش می کنند مواد دو بعدی را روی سیلیکون قرار دهند، نتیجه تکه تکه هایی از کریستال ها است که به طور تصادفی ادغام می شوند و مرزهای دانه های متعددی را تشکیل می دهند که باعث نارسانایی بودن ماده دو بعدی ساخته شده می شود.
روش جدید این تیم برای ساخت ماده دوبعدی تک کریستالی و بدون محور نیازی به لایه برداری و جستجوی تکه های مواد دو بعدی ندارد. در عوض، محققان از روش‌های رسوب بخار معمولی برای پاشیدن اتم‌ها بر یک ویفر سیلیکونی استفاده می‌کنند. اتم‌ها در نهایت روی ویفر می‌نشینند و هسته تشکیل می دهند و کریستالهای دو بعدی را می سازند.. هر “هسته” یا دانه یک کریستال اگر به حال خود رها شود، در جهت های تصادفی در سراسر ویفر سیلیکونی رشد می کند. اما کیم و همکارانش راهی برای تراز کردن هر کریستال در حال رشد برای ایجاد مناطق تک کریستالی در کل ویفر پیدا کردند.
کیم می‌گوید: این یک نتیجه بسیار تکان‌دهنده است، حتی اگر هیچ رابطه‌ی اپیتاکسیال بین ماده دو بعدی و ویفر سیلیکونی وجود نداشته باشد.
کیم می‌گوید تاکنون هیچ راهی برای ساخت مواد دو بعدی به شکل تک بلوری بر روی ویفرهای سیلیکونی وجود نداشته است، بنابراین کل صنعت تقریباً از تلاش برای ساخت مواد دو بعدی برای پردازنده‌های نسل بعدی منصرف شده‌اند. اکنون ما این مشکل را با روشی برای ساخت دستگاه‌های کوچکتر از چند نانومتر به طور کامل حل کرده‌ایم. این روش پارادایم قانون مور را تغییر خواهد داد.
