Düşük sıcaklıklı kristal filmlerle daha hızlı ve verimli yapay zeka çipleri

Küresel yarı iletken sektöründe yapay zeka işlemcileri ve enerji tasarruflu elektronikler için üretim süreçlerini geliştirecek önemli bir teknik engel aşıldı. Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Profesörü Joonki Suh liderliğinde, Hanyang Üniversitesi ve Rice Üniversitesi iş birliğiyle yürütülen çalışmada yüksek kaliteli yarı iletken filmlerin düşük sıcaklıkta üretilmesi sağlandı.

Modern elektronik cihazlarda farklı işlevlere sahip hassas malzeme katmanlarının yüksek sıcaklıklarda zarar görmesi, uzun süredir üretim süreçlerinin önündeki başlıca teknik sınırlamalardan biri olarak görülüyordu. Zayıf bağlarla bir arada duran atomik katmanlardan oluşan van der Waals malzemelerinde ise yüksek yüzey kararlılığı, düşük sıcaklıkta atomların rastgele dizilmesine ve çip verimliliğinin düşmesine yol açıyordu. Geliştirilen sentez yöntemi, entegre devre üretimindeki termal bütçeyi optimize ederek alt katmanların bozulmasını önlüyor.

ATOMLAR EN KARARLI KONUMDA DİZİLİYOR

Araştırmacılar, üretim sürecinde atomik katman biriktirme yönteminin özelleştirilmiş bir versiyonunu kullandı. Tellür içeren moleküllerin yüzeye tutunmadan önce serbestçe hareket etmesini sağlayan yaklaşım, atomların en kararlı konumları bularak düzenli bir kristal yapı oluşturmasına imkan verdi. Elektriği yönüne bağlı olarak farklı ileten ve ışıkla güçlü etkileşime giren tellür, fotodedektörler, LED’ler ve ileri yarı iletken bileşenlerde kullanılan stratejik malzemeler arasında yer alıyor.

Ekip, 150°C gibi düşük bir sıcaklıkta epitaksiyel kristal büyütmeyi başararak elektriğin düzenli biçimde akmasını sağlayan bir iç yapı elde etti. Yöntemin tungsten diselenit, molibden disülfit, renyum diselenit ve mika gibi farklı van der Waals malzemelerinde de çalışması, teknolojinin daha geniş üretim süreçlerinde kullanılabilmesine imkan sağlıyor.

TRANSİSTÖR VE OPTOELEKTRONİK AYGIT ÜRETİLDİ

Çalışma kapsamında üretilen filmler kullanılarak çalışan transistörler ve optoelektronik aygıtlar geliştirildi. Bu sonuç, yöntemin ticari yarı iletken üretim hatlarına doğrudan entegre edilebileceğini gösterdi. Profesör Suh, van der Waals malzemeleri üzerinde alt katmanlara zarar vermeden düşük sıcaklıkta film büyütmenin dünyada ilk kez başarıldığını belirtti.

Yeni yöntem, farklı işlevlere sahip malzemelerin tek bir çip üzerinde birleştirilmesini kolaylaştırıyor. Bu altyapının yapay zeka donanımlarındaki üretim maliyetlerini düşürmesi ve işlemci performansını artırması hedefleniyor.