Силициева пластина с отгледани върху нея транзистори обещава по-добри чипове(снимка:

Силициева пластина с отгледани върху нея транзистори дава обещание по-добри чипове
(снимка: MIT)

Учени от Масачузетския софтуерен институт усвоиха способ за „ развъждане ” на  транзистори на атомно равнище непосредствено върху повърхността на силициевите чипове. Практическата реализация на този метод ще усили плътността и продуктивността на полупроводниковите схеми.

Разработките с изкуствен интелект, като известните в последно време чатботове, изискват по-плътни и по-мощни компютърни чипове. Но обичайните полупроводникови схеми са триизмерни структури и подреждането на голям брой пластове транзистори за по-тясна интеграция е мъчно. Транзисторите, направени от ултратънки двуизмерни материали, всеки с дебелина единствено към три атома, могат да бъдат подредени удачно за основаване на по-мощни чипове.

Учените от MIT демонстрираха нова технология, която разрешава ефикасен и първокачествен „ напредък ” на пластове от двуизмерни материали, направени от дихалкогениди на преходни метали (TMD), непосредствено върху изцяло приключен силициев чип, което разрешава основаване на по-плътни и мощни схеми.

Отглеждането на 2D материали непосредствено върху CMOS силициева пластина е предизвикателство, защото процесът нормално изисква температури към 600 градуса по Целзий, до момента в който силициевите транзистори и схеми могат да се повредят при нагряване над 400 градуса. Изследователите от MIT са създали развой на напредък при ниска температура, който не поврежда чипа. Технологията разрешава 2D полупроводникови транзистори да бъдат интегрирани непосредствено върху общоприети силициеви вериги.
още по темата
В предишното откривателите отглеждаха двуизмерни материали настрана и по-късно прехвърляли този тъничък филм върху чип или силициева плоча. Това постоянно водеше до недостатъци, които пречат на работата на крайните устройства. В допълнение, преместването на подобен тъничък материал е извънредно мъчно в мащаба на плочата. Новият развой разрешава израстване на постоянен пласт върху цялата повърхнина на 200-мм плоча за по-малко от час, до момента в който предходните подходи изискваха повече от ден.

Двуизмерният материал, върху който се концентрират откривателите от MIT, молибденов дисулфид, е еластичен, транспарантен и има мощни електронни и фотонни свойства, което го прави съвършен за полупроводников транзистор. Състои се от моноатомен пласт от молибден, подложен сред два сулфидни атома.

Растежът на тънки пластове от молибденов дисулфид върху повърхнина с добра еднаквост постоянно се прави посредством развой, прочут като металоорганично химическо отсрочване от пара (MOCVD). Молибденов хексакарбонил и диетилен сулфоксид, две органични химични съединения, съдържащи молибденови и серни атоми, се изпаряват и нагряват в реакционната камера, където се „ разлагат ” на по-малки молекули. След това те се комбинират посредством химични реакции, с цел да образуват вериги от молибденов дисулфид на повърхността.

Но тези съединения на молибден и сяра, известни като прекурсори, изискват температури над 550 градуса по Целзий, с цел да се разложат, до момента в който силициевите вериги стартират да се разпадат при температури над 400 градуса. Така че откривателите ползват неортодоксален метод – те проектират и построяват напълно нова пещ за отсрочване на пара.

Пещта се състои от две камери, зона с ниска температура начело, където се слага силициевата пластина, и зона с висока температура откъм гърба. Изпарен молибден и прекурсори на сяра се изпомпват в пещта. Молибденът остава в нискотемпературния район, където температурата се поддържа под 400 градуса – задоволително топъл, с цел да разложи молибденовия прекурсор, само че не задоволително парещ, с цел да повреди силициевия чип. Прекурсорът на сярата минава през област с висока температура, където се разлага. След това се връща назад в региона с ниска температура, където протича химическа реакция за развъждане на молибденов дисулфид върху повърхността на плочата.

Един проблем с този развой е, че силициевите чипове нормално имат алуминиев или меден горен пласт, тъй че чипът да бъде обвързван към контактите на субстрата. Но сярата кара тези метали да станат сернисти, тъкмо както някои метали ръждясват, когато са изложени на О2, което унищожава тяхната проводимост. Изследователите предотвратяват образуването на сяра, като първо ползват доста тъничък пласт пасивиращ материал върху горната част на чипа, който по-късно се отлепва, с цел да се основат контактите.

Освен това учените слагат силициевата пластина в нискотемпературната област на пещта отвесно вместо хоризонтално. При отвесно слагане нито един край не е прекомерно покрай региона с висока температура, тъй че нито една част от плочата не се поврежда от топлината. В допълнение, молекулите на молибден и серен диоксид се усукват при конфликт с отвесен чип, вместо да текат по хоризонтална повърхнина. Този резултат на циркулация усъвършенства растежа на молибденов дисулфид и води до по-добра еднаквост на материала.

В бъдеще откривателите желаят да подобрят техниката си и да я употребяват за развъждане на голям брой пластове от 2D транзистори. И да проучат опцията за потребление на развой на напредък при ниска температура за гъвкави повърхности като полимери, текстил или даже хартия. Това може да разреши консолидиране на полупроводници в ежедневни продукти като облекло.