دانشمندان روشی تازه برای ساخت ترانزیستورهای کوچک‌تر از یک نانومتر ابداع کردند

محققان مؤسسه علوم پایه کره جنوبی به پیشرفت قابل‌توجهی در فناوری نیمه‌رسانا و نانومواد دست یافتند که می‌تواند منجر به توسعه دستگاه‌های الکترونیکی بسیار کوچک‌تر، قوی‌تر و کارآمدتر شود. این تیم تحقیقاتی فرایندی را برای ایجاد ترانزیستورهای زیرنانومتری (Sub-nanometer Transistor) ایجاد کردند که می‌تواند بر محدودیت‌های فرایند لیتوگرافی سنتی غلبه کند.

براساس گزارش TechSpot و مقاله منتشرشده در نیچر، با تکنیک جدید محققان می‌توان از نانومواد فلزی «یک‌بعدی» با عرض 0.4 نانومتر برای استفاده به عنوان الکترود دریچه یا گیت الکترود (Gate Electrode) روی بسترهای دوبعدی بهره برد. این تکنیک جدید نوید غلبه بر محدودیت‌های لیتوگرافی سنتی را می‌دهد.

روش جدید برای ایجاد ترانزیستورهای زیرنانومتری

دستگاه‌های یکپارچه مبتنی بر نیمه‌رسانا‌های دوبعدی، حتی زمانی که ضخامت آن‌ها در سطح اتمی نازک شود، خواص الکتریکی بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند. این امر آن‌ها را به گزینه‌های امیدوارکننده‌ای برای ایجاد دستگاه‌های الکترونیکی بسیار نازک و با کارایی بالا تبدیل می‌کند. یک مطالعه جداگانه نیز نشان داده بود که این مدارهای منطقی دوبعدی می‌تواند برای دوران پس از قانون مور (Moore’s law) کاربرد داشته باشند.

بااین‌حال، توسعه فرایندهای تولید برای مدارهای مجتمع براساس طرح‌های دوبعدی با موانع قابل‌توجهی مواجه است. ادغام مواد دوبعدی در دستگاه‌ها بدون آسیب‌رساندن به ساختار ظریف آن‌ها بسیار دشوار است و دستیابی به تولید مداوم مواد دوبعدی در مقیاس بزرگ با کیفیت بالا نیز مسائل مختلفی ایجاد می‌کند.

مشکل دیگر این است که لیتوگرافی و تکنیک‌های ساخت فعلی در چنین مقیاس‌های کوچکی کار نمی‌کنند. در فرایندهای مرسوم ساخت نیمه‌رسانا، کاهش طول گیت به زیر چند نانومتر به دلیل محدودیت رزولوشن لیتوگرافی غیرممکن است.

نکته مهم در این فرایند این است که درجه یکپارچگی در دستگاه‌های نیمه‌رسانا با عرض و راندمان گیت الکترود تعیین می‌شود که جریان الکترون‌ها را در ترانزیستور کنترل می‌کند. اکنون محققان باتوجه به این امر، از یک ساختار موسوم به «مرز دوگانه آینه‌ای» (MTB) متشکل از مولیبدن دی‌سولفید (Molybdenum disulfide) – که یک نیمه‌رسانای دوبعدی با عرض تنها 0.4 نانومتر است – به عنوان یک گیت الکترود استفاده کردند و بر محدودیت‌های فرایند لیتوگرافی قدیمی غلبه کردند.

درواقع، محققان اکنون می‌توانند با کنترل ساختار کریستالی در سطح اتمی، نیمه‌رسانای دوبعدی موجود را به یک MTB یک‌بعدی تبدیل کنند. این ساختارهای فلزی یک‌بعدی می‌توانند به عنوان گیت الکترود در ترانزیستورهای بسیار کوچک قرار گیرند.