Geliştirdikleri yöntem, çip üreticilerinin silikon dışındaki malzemelerden yeni nesil transistörler üretmesini mümkün kılabilir. Pembe bir yonga üzerinde kare deliklerden oluşan ızgara. Yonga üç kez tekrarlanıyor. Yeşil ve beyaz atomlar sol üst köşedeki yonganın üzerine serpiştirilmiş. Merkezde, atomlar kare deliklerin içinde üçgen konfigürasyonlar halinde diziliyor. Tam olarak hizalanmış atom sıralarının yakın çekimi sağda görülebilir.
Bir mikroçip üzerindeki transistör sayısı, Moore Yasası’nın öngördüğü gibi 1960’lardan bu yana her yıl iki katına çıkmıştır. Ancak, silikonun belirli bir cihaz boyutunun altında elektriksel özelliklerini kaybetmesi nedeniyle bu eğilimin sonunda bir platoya ulaşacağı tahmin edilmektedir.
Sadece tek bir atom kalınlığında kırılgan, iki boyutlu kusursuz kristal tabakaları olan 2D malzemelerden bahsedelim. 2D malzemeler elektronları nano ölçekte silikondan çok daha etkili bir şekilde taşıyabilir. Bu nedenle, silikonun yerini alabilecek yeni nesil transistör malzemeleri arayışında 2D malzemeler büyük ilgi görmüştür.
Ancak elektronik endüstrisi 2D malzemelere geçmeden önce, araştırmacıların ideal kristal şekillerini korurken endüstriyel standartları karşılayan silikon yongalar üzerindeki malzemeleri nasıl tasarlayacaklarını bulmaları gerekiyor. MIT’den mühendisler artık bir çözüme sahip olabilir.
2D Malzemelerden Yapılmış Transistörler
Ekip, çip üreticilerinin şu anda kullanılmakta olan silikon ve diğer malzeme yongaları üzerinde büyüterek daha ince 2D malzemelerden yapılmış transistörler oluşturmasına olanak tanıyabilecek bir teknik yarattı.
Ekibin ilk olarak endüstriyel silikon levhalar üzerine saf, hatasız 2D malzemeler oluşturmak için uyguladıkları yenilikçi teknik, bir tür “epitaksiyel olmayan, tek kristalli büyüme “dir.
Ekibin tekniği, geçiş metali dikalkojenitleri ya da TMD’ler olarak bilinen ve elektriği nano ölçekte silikondan daha etkili bir şekilde ilettiği bilinen bir 2D malzeme sınıfından temel bir işlevsel transistör oluşturmalarını sağladı.
MIT’de makine mühendisliği doçenti olan Jeehwan Kim’e göre, “Yaklaşımımızın 2D yarı iletken tabanlı, yüksek performanslı, yeni nesil elektronik cihazların geliştirilmesini sağlayabileceğini düşünüyoruz.” “Moore Yasası’nı yakalamak için 2D malzemeleri kullanacak bir teknik bulduk.”
Bugün Nature dergisinde yayınlanan bir çalışmada Kim ve çalışma arkadaşları yöntemlerini açıklıyor.
Geleneksel olarak araştırmacılar, bir soğanın katmanlarını soymaya benzer şekilde, atom inceliğindeki bir pulun dökme bir malzemeden titizlikle soyulduğu manuel bir prosedür kullanmışlardır.
Bununla birlikte, dökme malzemelerin çoğu polikristaldir ve çeşitli yönlerde büyüyen birçok kristalden oluşur. “Tane sınırı” iki kristalin çarpıştığı yerde bir elektrik bariyeri olarak çalışır. Bir kristalden geçen ve farklı bir yönelime sahip bir kristalle karşılaşan elektronlar aniden durur ve malzemenin iletkenliğini azaltır. Araştırmacılar, 2 boyutlu bir pulun pullarını döktükten sonra bile “tek kristalli” bölgeler aramak zorundadır; bu, ticari ölçeklerde uygulanması zor, yorucu ve zaman alıcı bir süreçtir.
Kim’e göre tek kristalli 2D malzemelerin silikon üzerinde üretilmesinin neredeyse zor olduğu düşünülüyor. “Şimdi bunu yapabileceğimizi kanıtlayabiliriz. Ve bizim hilemiz tane sınırlarının oluşmasını engellemek.
Ekibin yeni “epitaksiyel olmayan, tek kristalli gelişimi” için 2D malzemenin pullarını soymak ve bakmak gerekli değildir. Bunun yerine, bilim insanları standart buhar biriktirme tekniklerini kullanarak atomları bir silikon çipin üzerine pompalıyor. Bir noktada, atomlar yonganın üzerine iniyor, çekirdekleniyor ve iki boyutlu kristal yönelimlerine dönüşüyor. Her bir “çekirdek” veya kristal tohumu, gözetimsiz bırakılırsa silikon yonga üzerinde rastgele bir yönde gelişecektir. Ancak Kim ve çalışma arkadaşları, yonganın her yerinde tek kristalli alanlar üretmek için büyüdükçe her kristali hizalamayı başardılar.
Bunu başarmak için ilk olarak, her biri bir kristal tohumu tutması amaçlanan küçük cepler halinde yapılandırdıkları bir silikon dioksit “maskesini” bir silikon yongaya uyguladılar. Ardından, 2 boyutlu bir malzeme (bu durumda bir TMD) oluşturmak için her bir cebe yerleşen atomlardan oluşan bir gaz, maskeleme levhasının üzerinden aktı. Atomlar, maskenin cepleri tarafından tutuldu ve bu da onları silikon yonga üzerinde tek, kristal bir yönelimde bir araya gelmeye teşvik etti.
Kim’e göre, 2D malzeme ile silikon plaka arasında epitaksiyel bir ilişki olmamasına rağmen, her yerde tek kristalli büyüme elde edersiniz.
Ekip, maskeleme tekniğini kullanarak basit bir TMD transistörü oluşturdu ve elektrik performansının aynı malzemenin saf bir pulununkiyle eşit olduğunu gösterdi.
Bu tekniği çok katmanlı bir aygıt tasarlamak için de kullandılar. Önce desenli bir maskeyle kaplı bir silikon yonga üzerindeki her bir karenin yarısını doldurmak için bir tür 2D malzeme büyüttüler, ardından kalan kareleri doldurmak için ilk katmanın üzerinde başka bir tür 2D malzeme büyüttüler. Sonuç olarak her kare tek kristalli, ultra ince çift katmanlı bir yapı içeriyordu. Kim’e göre, gelecekte çok sayıda 2D malzeme geliştirilebilir ve ultra ince, esnek ve çok işlevli filmler oluşturmak için bu şekilde istiflenebilir.
Kim, tüm topluluğun 2D malzemeleri aktarmadan yeni nesil işlemciler geliştirmek için çabaladığını iddia ediyor. “Bugüne kadar, 2D malzemeleri silikon levhalar üzerinde tek kristalli formda üretme tekniği yoktu” diyor. “Artık birkaç nanometreden daha küçük cihazlar üretmek için bir teknik bulduğumuza göre, bu zorluğun tamamen üstesinden geldik. Sonuç olarak Moore Yasası paradigması değişecek.
Kaynak: news.mit.edu/
