Yeni yöntem, atomik olarak ince transistörlerden daha iyi performans alıyor

 Atomik olarak ince levhalardan gofret ölçekli elektronikler yapmanın yeni bir yolu.

Molibden disülfürün 2D'den çok daha büyük formu.

Grafen gibi atomik olarak ince malzemeler, tüm kimyasal bağların, ortaya çıkan molekülün bir tabaka oluşturacak şekilde yönlendirildiği tek moleküllerdir. Bunlar genellikle, yalnızca birkaç atom kalınlığında inanılmaz derecede küçük özelliklere sahip elektroniklerin üretimini potansiyel olarak mümkün kılan ayırt edici elektronik özelliklere sahiptir. Ve bu iki boyutlu malzemelerden inşa edilen işlevsel donanımın birkaç örneği var.

Ancak şimdiye kadarki hemen hemen tüm örneklerde, bazen araştırmacıların tek tek malzeme parçacıklarını elle manipüle etmesini içeren, ısmarlama yapı kullanılmıştır. Yani bu malzemelerden karmaşık elektronik parçalar üretebileceğimiz bir noktada değiliz. Ancak bugün yayınlanan bir makale, iki boyutlu malzemelere dayalı olarak gofret ölçekli transistör üretimi yapma yöntemini anlatıyor. Ortaya çıkan transistörler, daha geleneksel üretim yaklaşımlarıyla üretilenlerden daha tutarlı performans gösteriyor.

Daha iyi üretim

Atomik olarak ince malzemelere dayalı elektronik üretimini kolaylaştırmaya yönelik çabaların çoğu, bu malzemeleri geleneksel yarı iletken üretim tekniklerine entegre etmeyi içeriyordu. Bu mantıklı çünkü bu teknikler, yüksek hacimlerde malzemeler üzerinde inanılmaz derecede ince ölçekli manipülasyonlar gerçekleştirmemize izin veriyor. Tipik olarak bu, elektronik aksamlar için gerekli olan metal kablolamanın çoğunun geleneksel imalatla yerine konduğu anlamına gelir. 2D malzeme daha sonra metalin üzerine katmanlanır ve fonksiyonel transistörler oluşturmak için ek işlemler yapılır.

Çoğu zaman, bu "ilave işleme", 2D malzemenin üzerine metal katmanlamayı içerir. Çalışmanın arkasındaki araştırmacılar, bu yöntemin muhtemelen işleri yapmanın en iyi yolu olmadığını savunuyor. Metalin biriktirilmesi 2B malzemeye zarar verebilir ve bazı bireysel metal atomları potansiyel olarak 2B malzemeye yayılarak daha büyük özellik içinde küçük kısa devreler oluşturabilir. Tüm bunlar, teknik kullanılarak inşa edilen herhangi bir devrenin performansını düşürür.

Böylece ekip, devrenin tüm parçalarını ayrı ayrı oluşturmanın bir yolunu buldu ve bunları yumuşak koşullar altında bir araya getirdi. En basit kısım, transistörlerin katı bir substrat üzerine basitçe desenlenen ve daha sonra alüminyum oksit ile kaplanan kapılarını oluşturmaktı.

Ayrı olarak ekip, kimyasal buhar biriktirme yoluyla bir silikon dioksit yüzeyinin üzerinde atomik olarak ince bir malzemeden (molibden disülfit) tek tip bir tabaka oluşturdu. Bu tabaka daha sonra kaldırıldı ve alüminyum oksidin üzerine aktarıldı, bu da kapının üstünde oturan atomik olarak ince bir yarı iletken tabakasıyla sonuçlandı. Bir transistör oluşturmak için, araştırmacıların sadece kaynak ve tahliye elektrotları eksikti.

Bunlar, tüm kablolama katı bir yüzey üzerinde oluşturularak tamamen ayrı yapılmıştır. Kablolama daha sonra bir polimere gömüldü ve her şey yüzeyden sıyrıldı ve tellerin alt yüzeyine gömülü olduğu bir polimer tabakası oluşturuldu. Kendi başına bu polimer, gerilebilecek veya çarpılabilecek kadar esnektir ve bu nedenle, işlevsel devreler oluşturmak için gerekli olduğu gibi, kablolama kapılarla aynı hizada olmaz. Bu bozulmaları sınırlandırmak için araştırmacılar, polimeri bir kuartz tabakasına bağladılar ve ardından geçit elektrotlarıyla kaplı gofret üzerine damgaladılar. Bu, kabloları doğrudan molibden disülfürün üzerine yerleştirdi ve işlevsel transistörlerin oluşumunu tamamladı.

Her şey yerine oturduğunda, polimer ılımlı koşullar altında çıkarılabilir ve herhangi bir fazla malzeme plazma dağlama kullanılarak kesilebilir. Sonuç, yarı iletkenin kaynağa bağlantısının ve malzemelerin fiziksel olarak yan yana yerleştirilmesiyle basit bir şekilde oluşturulan boşaltma elektrotlarının olduğu bir transistör koleksiyonuydu. Bu, atomik olarak ince yarı iletken malzemeye zarar verme olasılığını sınırlar.

Daha iyi performans

Burada ihtiyaç duyulan tüm işlemler, tipik yarı iletken üretiminden çok daha nazik olsa da, bu üretim, nihai olarak ihtiyaç duyulan tüm özellikleri oluşturarak sorunları basitleştirir. Bu yaklaşımın işe yaraması için kaynak ve boşaltma elektrotları geçitten ayrı yapılır ve daha sonra yerine düşürülmeleri gerekir. İnanılmaz derecede hassas bir hizalama gerektiren küçük özelliklere sahip devreler için.

Bu... her zaman işe yaramadı. Tüm elektrot koleksiyonunun, tipik olarak yerine düşürülürken hafif bir bükülme nedeniyle hizasının bozulduğu birkaç durum vardı. Bu, potansiyel olarak iyileştirilebilecek bir şeydir, ancak muhtemelen bir zorluk olmaya devam edecektir.

İyi haber şu ki, işe yaradığında çok iyi çalıştı; cihazlar, daha tipik teknikler kullanılarak üretilenlerden çok daha tutarlı performans gösterdi. Ve çoğu ölçüme göre, önemli ölçüde daha iyi performans gösterdiler. Açık ve kapalı durumlarındaki voltaj, dokuz büyüklük sırasına göre farklılık gösteriyordu. Kapalı durumdaki sızıntı da çok düşüktü.

Daha genel olarak, yaklaşım işe yaradı. Araştırmacılar, hesaplama donanımının temel bir bileşeni olan yarım toplayıcı birimler de dahil olmak üzere 2 inçlik bir levhanın tamamı boyunca işlevsel devreler oluşturabildiler. Bu nedenle, bu açıkça hala gösteri aşamasında olsa da, gösteri, potansiyel olarak kullanıma sunulabilecek donanımdır.

Bu, molibden disülfidin silikonun yerini almak için hızlı yolda olduğu anlamına gelmez. Onlarca yıllık deneyim, silikon devrelerle inanılmaz derecede sofistike şeyler yapmayı mümkün kıldı. Ancak bu, insanların bir gün 2B malzemeleri silikon için geçerli bir rakip haline getirebilecek araç setlerini geliştirmeye başladığı anlamına geliyor.