ขณะที่กระบวนการผลิตชิปซิลิคอนแบบดั้งเดิมใกล้จะถึงขีดจำกัด นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวัสดุใหม่ๆ อย่างแข็งขันเพื่อสานต่อแนวโน้มการพัฒนาของกฎของมัวร์
ในจำนวนนั้น ไดชัลโคเจไนด์โลหะทรานซิชัน (TMD) ถือเป็นวัสดุตัวเลือกที่ได้รับการรอคอยอย่างมาก
การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ที่ตีพิมพ์โดยทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พลาสมาพรินซ์ตัน (PPPL) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐอเมริกา (DOE) ได้ศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับผลกระทบของโครงสร้างอะตอมและข้อบกพร่องภายในของ TMD ต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า ซึ่งวางรากฐานสำหรับการพัฒนาชิปประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่
สารบัญ
จากเวเฟอร์ซิลิกอนไปจนถึง TMD: วิวัฒนาการของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์
ชิปซิลิคอนแบบดั้งเดิมรองรับเทคโนโลยีการประมวลผลมานานกว่าครึ่งศตวรรษแล้ว อย่างไรก็ตาม ขนาดคุณสมบัติขั้นต่ำของชิปเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันลดลงเหลือ 3 นาโนเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับขีดจำกัดทางกายภาพ เนื่องจากความต้องการในการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์จึงหันมาใช้สื่อสองมิติในความหวังที่จะก้าวข้ามข้อจำกัดของเทคโนโลยีที่มีอยู่
เนื่องจากเป็นวัสดุสองมิติ TMD จึงประกอบด้วยชั้นอะตอมเพียงไม่กี่ชั้นเท่านั้น และอาจมีความบางได้ถึงสามอะตอม (ลองคิดดูว่ามันเป็นแซนวิชโลหะขนาดเล็ก)
TMD แสดงคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างจากวัสดุซิลิคอนแบบดั้งเดิม เมื่อเปรียบเทียบกับกราฟีนซึ่งเป็นวัสดุสองมิติที่มีชื่อเสียงที่สุดแล้ว TMD จะประกอบด้วยโลหะทรานสิชั่น (เช่น โมลิบดีนัม Mo, ทังสเตน W และโลหะอื่นๆ จากกลุ่ม 3 ถึงกลุ่ม 12 ของตารางธาตุ) และธาตุแคลโคเจน (เช่น กำมะถัน S, ซีลีเนียม Se, เทลลูเรียม Te) โครงสร้างแบบหลายชั้นพิเศษทำให้มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และทางแสงที่ยอดเยี่ยม จึงทำให้เป็นวัตถุวิจัยที่ได้รับความนิยมในสาขาเซมิคอนดักเตอร์
ผลการวิจัย: ข้อบกพร่องภายใน TMD และคุณสมบัติทางไฟฟ้า
โครงสร้างผลึกของ MD ไม่สมบูรณ์แบบ และข้อบกพร่องอาจส่งผลกระทบหรือแม้แต่เพิ่มคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของมันได้ ตัวอย่างเช่น อะตอมอาจหายไปจากโครงตาข่ายอะตอม หรืออาจมีอะตอมพิเศษปรากฏในตำแหน่งที่ไม่คาดคิด แม้ว่าข้อบกพร่องเหล่านี้อาจส่งผลต่อการนำไฟฟ้าของวัสดุ แต่ข้อบกพร่องเฉพาะบางประการอาจช่วยเพิ่มคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำของ TMD ได้
ผลการวิจัยของทีมนักฟิสิกส์ Shoaib Khalid จาก PPPL พบว่ามักจะมีอิเล็กตรอนส่วนเกินอยู่ภายใน TMD จำนวนมาก และอิเล็กตรอนเหล่านี้อาจเกิดจากไฮโดรเจน
ทีมวิจัยได้คำนวณพลังงานการก่อตัวของข้อบกพร่องประเภทต่างๆ เพื่อพิจารณาว่าข้อบกพร่องใดมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นมากที่สุด และวิเคราะห์ว่าข้อบกพร่องเหล่านี้ส่งผลต่อคุณสมบัติการขนส่งประจุของวัสดุอย่างไร
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนสามารถทำให้ TMD แสดงคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำชนิด n (มีประจุลบ) ในขณะที่ช่องว่างของชาลโคเจไนด์สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุได้
การประยุกต์ใช้ TMD ในการผลิตชิปในอนาคต
นักวิจัยแนะนำว่าข้อบกพร่องภายใน TMD สามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้เทคนิคที่เรียกว่าโฟโตลูมิเนสเซนซ์ ซึ่งวัดความถี่ของแสงที่ปล่อยออกมาจากวัสดุเพื่ออนุมานการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างอะตอม
งานวิจัยนี้ให้คำแนะนำเชิงทดลองสำหรับแอปพลิเคชัน TMD ในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการพัฒนาชิปคอมพิวเตอร์รุ่นถัดไป ช่วยให้วิศวกรออกแบบเซมิคอนดักเตอร์ TMD ที่ตรงตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน
ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าชิป TMD อาจจะถูกนำมาใช้จริงในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้เร็วที่สุดในปี 2030 ซึ่งจะกลายเป็นทางเลือกอันทรงพลังแทนชิปซิลิกอน นักวิทยาศาสตร์จะสามารถปรับประสิทธิภาพของ TMD และผลักดันเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ให้เหมาะสมยิ่งขึ้นได้โดยการศึกษาโครงสร้างวัสดุและผลกระทบของข้อบกพร่องในเชิงลึก
อ้างอิง
- Beyond Silicon: How Atom-Thin Materials Are Revolutionizing Chips
- การแทนที่ซิลิกอนด้วยวัสดุ TMD เพื่อพัฒนาชิปเซมิคอนดักเตอร์รุ่นต่อไปที่มีขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพมากขึ้น
- “บทบาทของช่องว่างของชาลโคเจไนด์และไฮโดรเจนในคุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้าของไดชาลโคเจไนด์โลหะทรานซิชันจำนวนมาก” โดย Shoaib Khalid, Anderson Janotti และ Bharat Medasani, 24 พฤษภาคม 2024, วัสดุ 2 มิติ ดอย: 10.1088/2053-1583/ad4720
(ที่มาของภาพแรก: ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พลาสม่าของ Princeton)
สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด
ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ
หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา
เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.
โทร : 07 223 1058
หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~
เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup
คุณอาจสนใจ…
