تا حالا فکر کردی روزی برسه که سیلیکونِ معروف تو ساخت تراشه‌ها، بره کنار و یه رقیب جدید بیاد جاش رو بگیره؟ خب، وقتشه آماده شی چون محققای چینی یه حرکت خفن زدن و دنیا رو سورپرایز کردن!
ماجرا از اونجایی شروع شد که یه تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور لیو کای‌هویی از دانشگاه پکن اومدن و برای اولین بار یه ویفر (یعنی همون صفحه‌های گرد بزرگی که تراشه‌ها روش ساخته میشن) دو بعدی از ماده «ایندیوم سلناید» یا همون InSe ساختن، اونم در مقیاس صنعتی.
تا قبلش همه عاشق InSe بودن و بهش کلی امید بسته بودن، چون خواصش عالیه: حرکت الکترون خیلی سریع (راندمان بالا برای تراشه)، ضخامت فوق‌العاده کم، و گپ باند مناسب (Bandgap یعنی همون فاصله‌ی انرژی که باعث میشه مواد نیمه‌رسانا رفتار خاصی داشته باشن). به خاطر همین بهش لقب “طلای نیمه‌رساناها” رو دادن. ولی مشکل این بود که کسی نمی‌تونست این ماده رو توی ابعاد بزرگ بسازه؛ هر کی امتحان می‌کرد، نتیجه فقط یه مشت قطعه کوچیک و میکروسکوپی بود.
ایندیوم و سلنیوم، دو عنصر اصلی تشکیل‌دهنده InSe، تو دمای بالا خیلی متفاوت بخار میشن، واسه همین نمی‌شد راحت ترکیبشون کرد. ولی تیم چینی یه ایده جدید رو اجرا کرد: روش «جامد-مایع-جامد». یه توضیح ساده: اول یه فیلم نازک و آمورف (یعنی بی‌نظم) از InSe روی بستر یاقوت اسپاتر کردن (اسپاترینگ یعنی پودر کردن یه ماده و نشوندنش روی یه سطح دیگر). بعد رو این فیلم، یه لایه ایندیوم که دمای ذوبش پایینه اضافه کردن، بعدشم کل داستان رو گذاشتن تو یه محفظه کوارتز و تا ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد گرمش کردن. به خاطر همین ترکیب محیط غنی از ایندیوم درست شد که باعث شد InSe با کیفیت و ضخامت یکدست، تو کل صفحه دو اینچی، کریستالی بشه! یعنی دیگه خبری از تیکه پاره‌های کوچیک و اُفت کیفیت نیست.
حالا داستان جالب‌ترش کجاست؟ با همین ویفر، ترانزیستورهایی ساختن که تو خیلی از پارامترها از سیلیکون جلو زدن! مثلاً “تحرک الکترون” (Electron Mobility یعنی سرعت حرکت الکترون‌ها توی ماده، هر چی بالاتر باشه تراشه سریع‌تر کار می‌کنه) به عدد دیوانه‌وار ۲۸۷ سانتی‌متر مربع بر ولت ثانیه رسید! تازه تو گیت‌های زیر ۱۰ نانومتر، نشتی جریان خیلی کم بوده، نسبت روشن/خاموش بالا و عملکرد صرفه‌جو تو مصرف انرژی داشتن. درباره ترانزیستورهای ۲D دیگه هم این عملکرد، بی‌سابقه‌ست.
یه چیز خفن دیگه هم هست: دستگاه‌هاشون به سطح عملکرد نزدیک به “حد بولتزمن” رسیدن. بولتزمن یه دانشمند فیزیک معروفه که مرز فیزیکی سرعت روشن و خاموش شدن ترانزیستورا رو توضیح داده (یعنی تقریباً بیشترین سرعت ممکن برای تغییر وضعیت). پس این اختراع نشون میده تراشه‌های آینده می‌تونن فراتر از محدوده‌هایی که الان فکرش رو می‌کنیم، برن جلو!
اینجا باید یه اشاره هم به IRDS بکنیم: این واژه یعنی “International Roadmap for Devices and Systems”، همون نقشه راه بین‌المللی برای تکنولوژی تراشه‌ها تا سال ۲۰۳۷. تراشه‌های ساخته شده با InSe همین الآن معیارهای پیش‌بینی‌شده در اون نقشه راه رو رد کردن، یعنی خیلی جلوتر از زمان خودشونن!
یه مشکل بزرگ تو ساخت InSe این بوده که ایندیوم و سلنیوم دقیقاً باید به نسبت یک به یک با هم ترکیب شن، وگرنه کریستال خراب میشه یا خواصش می‌ریزه بهم. تیم چینی بالاخره این قفل رو شکست. این موفقیت احتمالاً راه رو باز می‌کنه برای ساخت کلی از نیمه‌رساناهای دو بعدی دیگه، مثلاً ترکیباتی که بهشون میگن “Chalcogenides” (خالکوژنایدها یعنی مواد حاوی سلفور یا سلنیوم و تلوریوم، که خیلی واسه الکترونیک پیشرفته کاربرد دارن)، مخصوصاً اونایی که فازهاشون ناپایداره.
خبر بهترش اینه که روش ساختشون با فرآیندای فعلی CMOS (یعنی فناوری‌ای که الان برای ساخت تراشه تو گوشی و لپ‌تاپ و همه چیزهای هوشمند استفاده میشه) سازگاره، پس احتمالاً خیلی سریع وارد صنعت میشه. تازه دارن بررسی می‌کنن InSe رو با بقیه مواد دو بعدی تلفیق کنن تا تراشه‌های چندکاره و لایه‌ای بسازن. فکر کن مثلاً چیپست‌هایی که هم سوپرکامپیوتر واسه هوش مصنوعی هستن (AI Accelerator یعنی تراشه‌هایی که مخصوص سرعت دادن به الگوریتم‌های هوش مصنوعی طراحی میشن) و هم شفاف یا حتی انعطاف‌پذیر برای گوشی‌ها و گجت‌های آینده! لذت‌بخش نیست؟
پژوهش کامل این داستان هم توی ژورنال Science، یکی از معتبرترین مجلات علمی جهان منتشر شده. خلاصه، بعید نیست بزودی InSe تبدیل بشه به ستون اصلی دنیای تراشه‌ها بعد از عصر سیلیکون!
همون‌طور که گفتیم، این ماجرا نه فقط واسه چین، بلکه برای کل صنعت تکنولوژی جهان یه رویداد تاریخه و شاید بزودی شاهد دنیایی با موبایل و کامپیوتر و گجت‌هایی باشیم که اصلاً سیلیکون توشون نقشی نداره! چه شود!
منبع: +
