Dikey çip üretiminde kilit engel aşıldı: Tekil kristalde tam kontrol

Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) liderliğinde UNIST, Hanyang Üniversitesi ve TDS Innovation’ın katıldığı çalışmada, molibden disülfür (MoS₂) üzerinde tekil kristal büyümesini sağlayan bir teknik geliştirildi. 'Aşındırma akısı aracılı tek merkezli çekirdeklenme' (EF-SCN) adı verilen yöntem, yüksek kaliteli iki boyutlu malzemelerin mevcut devrelerin üzerine hassas biçimde yerleştirilmesini amaçlıyor.

OKSİJENLE KONTROLLÜ BÜYÜME 

Yöntemde, büyüme bölgesini çevreleyen hafniyum oksit (HfO₂) gibi bir oksit bariyerinden salınan oksijen kullanılıyor. Oksijen, kenarlarda aşındırıcı etki oluşturarak istenmeyen kristallerin büyümesini baskılıyor. Etki merkeze doğru zayıfladığı için yalnızca belirlenen merkez noktasında tekil kristal oluşuyor.

Araştırmacılar, desenlenmiş 400 büyüme bölgesinin yüzde 99’undan fazlasında MoS₂ kristallerini hedeflenen konumlarda büyüttü.

DİKEY ÇİP MİMARİSİ 

Birkaç atom katmanı kalınlığında yarı iletken özelliklerini koruyan iki boyutlu malzemeler, işlemci ve bellek bileşenlerinin üst üste istiflenmesine imkan tanıyor. Bileşenlerin yakınlaşması, veri aktarım mesafesini kısaltarak enerji kayıplarını ve gecikmeleri azaltma potansiyeli taşıyor.

Geleneksel yöntemler kristallerin büyüyeceği genel alanı belirlese de çoklu kristallerin oluşturduğu tane sınırları elektron akışını olumsuz etkiliyordu. Yeni teknik, kaliteli iki boyutlu malzemeleri doğrudan mevcut devrelerin üzerine ekleyerek ayrı üretim ve aktarım işlemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor.

SEÇİCİ KAPLAMA DENEYİ 

Ekip, MoS₂ ile molibden diselenidi (MoSe₂) birleştiren yapılarda yalnızca MoSe₂ bölgelerine rutenyum metal filmi kaplayarak malzeme yerleşimini farklı bir aşamada da kontrol etti. Yöntem, dikey çip üretimindeki çekirdeklenme ve konumlandırma sorununa çözüm sunsa da henüz tam bir istiflenmiş işlemci üretilmedi.

Ticari performans ve enerji verimliliği ölçümleri de yapılmış değil. Seri üretim ve büyük ölçekli yarı iletken fabrikalarına entegrasyon için ileri test ve geliştirme çalışmalarının yürütülmesi gerekiyor.