تا حالا به این فکر کردی اون ترازیستورای کوچیکی که تو دل کامپیوتر و موبایلامونن چقدر کارشون حساس شده؟ ترازیستور یعنی همون قطعه کوچیکی که میشه پدر و مادر همه منطق دیجیتالی! الان این مدارا اینقدر کوچیک شدن که دیگه سایزشون به چند ده تا اتم رسیده. اما این کوچیک‌سازی یه عالمه دردسر هم آورده: مثلا وقتی می‌خوان این خط و خطوط ریز رو روی سیلیکون بسازن، مشکل تداخل برق، نشت جریان و حتی کلی دنگ و فنگ تو مرحله ساخت اتفاق میفته.
برای همین دیگه روش قدیمی که هی بیشتر ترازیستور بچپونیم تو یه چیپ کوچیک، داره به تهش نزدیک میشه و دیگه اون کاراییشو مثل سابق نداره.
مهندسا هم دست به کار شدن تا مواد جدید و روشای تازه بسازن که بتونه مرز پردازش رو بزنه بالا. یه مسیر خیلی جذابی که گرفتن، کار با مواد دوبعدی (۲D) هست. حالا مواد دوبعدی چیه؟
مواد دوبعدی، یعنی مثلا چیزی مثل MoS₂ (مولیبدن دی‌سولفید) یا WSe₂ (تنگستن دی‌سلناید)، که میشه اینا رو تا اندازه فقط یه لایه اتمی نازک کرد! این مواد توی همین حالتم می‌تونن بار الکتریکی رو حسابی خوب رد کنن و میشه شون رو طوری تنظیم کرد که هم نقش n-type رو داشته باشن هم p-type (n-type یعنی انتقال‌دهنده بار منفی و p-type هم انتقال‌دهنده بار مثبت که هر دوش توی مدارات منطقی لازمه).
ولی ساخت مدار با این مواد ساده نیست! بیشتر روش‌هایی که الان هست لازمش دمای خیلی بالا، اتاق خلأ، یا حتی گذاشتن دستی همین لایه‌های نانو هست. نتیجه‌اش اینه که ساخت انبوهش سخته و کیفیتش هم ثبات کافی نداره، بعدم جایگذاری درستش و تولید راحتشو کلن خراب می‌کنه.
اینجا بود که یه تیم تحقیقاتی یک روش خفن و کم‌دردسر رو معرفی کردن: میان نانوورقه‌های MoS₂ و WSe₂ رو توی محلول می‌ذارن و بعد با کمک میدان الکتریکی هدایت‌شون میکنن تا خودشون بین الکترودهای مشخصشده بشینن. یعنی یه جورایی با برق، این ورقه‌های نازک خودشونو می‌چسبونن بین دو تا قطب که قبلاً مشخص شده و به طور همزمان چند تا مدار رو تو یه چیپ درست میکنن! اونم بدون لیتوگرافی و حکاکی و این داستانای پیچیده.
تازه روش تهیه همین ورقه‌ها رو هم خیلی بهینه کردن. توضیحش اینجوریه: کریستال اولیه رو با یه روش به اسم Exfoliation (همون جدا کردن لایه‌ها) که دیگه روش خشنی نیست، میارن لایه‌هاشو جدا میکنن. اینطوری که اول با ولتاژ، یونای بزرگ رو لای لایه‌های کریستال فرو میکنن تا فاصله بندازن بینشون، بعد با یه لرزوندن ملایم (سونیکیشن)، این لایه‌ها رو جدا میکنن و ورقه‌های بزرگ و باکیفیت و نازک به دست میاد که توی مایع هم حل میشه و خیلی راحت‌تر از روش‌های مکانیکی قدیمی کار می‌ده.
بازم فکر کردن تا نتیجه‌ش رو بهتر کنن: مثلا الکترودها رو شیب‌دار کردن تا میدون برق بهتر شکل بگیره و جایگذاری کمتر اشتباه بشه، فرکانس برقشون رو هم روی ۵۰ هرتز تنظیم کردن تا ورقه‌ها بهینه‌تر رو هم بشینن. فقط ۱۵ ثانیه کار می‌بره تا کانال‌های یکنواخت ۱۰ نانومتری درست بشه!
البته با کیفیت‌ترین مواد دو بعدی هم گاهی نقص اتمی دارن. یعنی مثلاً یه اتم گوگرد یا سلنیم ممکنه جا بمونه و این می‌تونه رفتار الکتریکی رو خراب کنه. واسه حل این یکی، میان با یه ماده حل‌کننده شیمیایی خاص به اسم TFSI که یه جور سوپراسید (ابر اسید فوق‌العاده قوی) هستش، ترمیمش میکنن.
نتیجه‌ش چی شده؟ با همین ماده‌های ۲D، مدار منطقی و حافظه درست کردن که کم‌مصرفه، خروجیش دقیق، حافظه‌ش پایدار؛ یعنی چی؟ یعنی میشه مثلا گیت‌های منطقی NOR و NAND، وارونگر (Inverter) و سلول حافظه SRAM رو باهاش ساخت و اینا واقعاً کار میکنن!
در کل مهندسا دارن با این روشای خلاقانه، دیوار محدودیت سیلیکون رو کنار میزنن و یه آینده هیجان‌انگیز برای الکترونیک می‌سازن. اگه فکر می‌کردی فناوری دیگه به تهش رسیده، باید بگم حالا حالاها داستان تموم نشده!
منبع: +
