فريق كوري يطور طريقة للتحكم في نمو بلورات أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد ومن المتوقع أن تحسن اتساق الأجهزة

طور باحثون من المعهد الكوري المتقدم للعلوم والتكنولوجيا (KAIST) وشركة TDS Innovation الناشئة وغيرها من المؤسسات طريقة للتحكم في نقطة بداية نمو بلورات أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد، مما يتيح تشكيل بلورة أحادية في مركز المنطقة المحددة مسبقًا، ومن المتوقع أن تقلل من حدود الحبيبات وتحسّن اتساق الأجهزة. ونُشر البحث ذات الصلة في 7 أكتوبر.

فريق البحث ينجح في تطوير تقنية جديدة لتحسين جودة بلورات أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد

تتكون المواد ثنائية الأبعاد من طبقة واحدة أو بضع طبقات ذرية. وعلى الرغم من أن الجرافين يُعد مادة تمثيلية، إلا أنه يفتقر إلى فجوة نطاق فطرية، مما يجعله غير مناسب للاستخدام في الترانزستورات التبديلية التقليدية. أما مركبات المعادن الانتقالية الكالكوجينية مثل ثنائي كبريتيد الموليبدينوم (MoS₂) فهي تمتلك فجوة نطاق، وتُعتبر مواد مرشحة للترانزستورات والأجهزة النانوية المستقبلية. ومع ذلك، عند نمو هذه المواد على رقائق السيليكون، فإنها عادة ما تتشكل نويًا في مواقع عشوائية. وتؤثر حدود الحبيبات الناتجة عن التقاء بلورات متعددة على الأداء الكهربائي، كما تقلل من تجانس الأجهزة.

اقترح فريق البحث عملية نوية أحادية المركز بوساطة تدفق الحفر. وتستخدم هذه الطريقة حاجز أكسيد لإطلاق الأكسجين، مما يشكل تدفق حفر جانبي يثبط نوية البلورات في مواقع أخرى داخل منطقة النمو المنمطة، مع الاحتفاظ بالمركز الهندسي فقط كنقطة بداية للنمو. وفي اختبار على ركيزة بمساحة 2 سم²، نجح 397 من أصل 400 موقع منمط في تشكيل بلورات أحادية، محققًا عائدية بلغت 99.3%.

كما استخدم الباحثون هذه العملية لتصنيع ترانزستورات تأثير ميداني عاملة، أظهرت معدل تنقل حاملات شحنة أعلى من ذلك المبلغ عنه سابقًا في ترانزستورات ثنائي كبريتيد الموليبدينوم ذات النمو الانتقائي. ويمكن أيضًا تكديس أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد مع رقائق السيليكون، مما يقرب وحدات المنطق والتخزين، واستخدامها في ترانزستورات تأثير ميداني تكميلية (CMOS) ذات تكديس عمودي لأنواع مختلفة من الترانزستورات. وتخطط شركة TDS Innovation لدفع التكنولوجيا ذات الصلة نحو التطبيق التجاري في حدود عام 2030، لكن موعد الإنتاج الكمي المحدد لا يزال يعتمد على عمليات التحقق اللاحقة.