Koreli araştırmacılar oksijen kullanarak 2D çip kristal büyümesini %99 oranında kontrol ediyor.

Güney Kore‘deki araştırmacılar, bireysel kristallerin nerede oluşacağını artı 99% başarıyla kontrol eden bir yarı iletken üretim tekniği geliştirdi. Bu yöntemle, üreticilerin dikey olarak üst üste dizilen hesaplama çipleri inşa etmelerine yardımcı olabilecek teknik geliştirildi.

[KAIST] sitesinde aktarılan bilgilere göre, bu teknikle molybdenum disulfide (MoS₂) adı verilen, yalnızca birkaç atom kalınlığında yarı iletken tek bir kristalin rastgele birden fazla kristal yerine önceden belirlenen bir konuda büyütülebiliyor.

Kore İlerlemiş Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (KAIST) liderliğinde UNIST, Hanyang Üniversitesi ve TDS Innovation ile çalışan bir ekip, kristal büyümesinin nerede başlayacağını kontrol etmek için oksijen salınan bir oksit bariyer kullanarak yöntemi geliştirdi.

Araştırmacılar, bu yaklaşımın üst üste dizilen çiplerin üretiminde karşılaşılan büyük bir engeli aşabileceğini söylüyor. Bu tür çiplerde yarı iletken katmanlarının mevcut devrelerin tam olarak üzerine kusursuz biçimde oluşturulması ve performansı etkileyen kusurların önlenmesi gerekiyor.

Oksijen kristal oluşumunu kontrol ediyor

Geleneksel yarı iletken büyüme yöntemleri, ince filmin oluşacağı genel alanı tanımlayabiliyor ancak her kristalin tam başlangıç noktasının kontrol edilmesi zor olmaya devam ediyor.

Birkaç kristal bağımsız biçimde büyüyüp birleştiğinde tane sınırları oluşturuyor. Bu sınırlar atomların düzenli dizilimini bozabiliyor ve yarı iletken üzerinden elektron hareketini engelleyebiliyor.

Araştırmacılar, kristal oluşumunun ilk evresi olan nucleation (çekirdeklenme) sürecinin, atomların kendilerini düzenli bir yapıya dizmeye başladığı aşamanın kontrol edildiği etching-flux-mediated single-centered nucleation (EF-SCN) adlı bir işlem geliştirdi.

Süreç, belirlenen büyüme bölgesini çevreleyen hafnium oksit (HfO₂) gibi bir oksit bariyer kullanıyor. Bariyerden salınan oksijen, istenmeyen kristal oluşumunu baskılayan bir etikleş ajanı olarak işlev görüyor.

Oksijenin etkisi desenli bölgenin kenarlarına yakınken en güçlü oluyor ve merkeze doğru kademeli biçimde zayıflıyor. Bu durum, tek bir merkez noktada kristal oluşumunu favorileyen koşullar yaratıyor. Büyüme orada başladığında ise süreç yakındaki ek kristallerin oluşumunu baskılıyor.

Bu yöntem kullanılarak araştırmacılar 400 desenin %99’undan fazlasında, belirlenen merkez konularda bireysel MoS₂ kristallerini başarıyla büyüttü.

Üst üste dizilen çiplere daha kısa yol

Araştırmacılar ayrıca molybdenum disulfide ve molybdenum diselenide (MoSe₂) birleştiren yapılar kullanarak seçici metal biriktirmeyi de gösterdi. Bu yapılarda, ince bir rutenium metal filmi yalnızca MoSe₂ bölgeleri üzerinde seçici biçimde oluştu ve yarı iletken üretiminde malzeme yerleştirmenin kontrol edilmesine yönelik başka bir yol sundu.

İki boyutlu yarı ikenler, yalnızca birkaç atom kalınlığında olmalarına rağmen yarı iletken özelliklerini korudukları için gelecek çipler için inceleniyor. Küçük kalınlıkları, üreticilerin hesaplama ve bileşenleri dikey olarak üst üste dizerek aralarındaki veri yolculuğunu kısaltmalarına olanak sağlayabilir.

Çip içindeki veri hareketi enerji tüketiyor ve işleme gecikmelerine katkıda bulunuyor. Bileşenlerin birbirine daha yakın konumlandırılması, özellikle büyük hesaplama yükleriyle çalışan sistemlerde bu maliyetleri azaltabilir.

Araştırmacılar, böyle çiplerin üretiminin önceki üretilmiş devrer içeren yüzeylerde yarı ikenken büyüme üzerinde kusursuz kontrol gerektirdiğini belirtiyor. KAIST tekniği, yüksek kaliteli 2D malzemelerin ayrı ayrı üretilip çipe aktarılması ihtiyacını ortadan kaldırarak belirlenen konularda doğrudan büyütülebileceğine dair bir yol sunuyor.

Araştırmacılar mekanizmayı büyüme deneyleri ve simülasyonlarla inceledi ancak tam bir üst üste dizilen işlemci göstermediler veya hesaplama hızında veya enerji tüketiminde iyileşmeler ölçmediler. Bulgular, ticari çip performansından çok kristal çekirdeklenmesinde kontrol kuruyor.

Bu yöntemin yarı ikenken üretimine ölçekli biçimde entegre edilebileceğini belirlemek için daha fazla geliştirmeye ihtiyaç var. Çalışma 8 Ekim’de Nature dergisinde yayımlandı.