Sadece birkaç atom kalınlığındaki iki boyutlu (2B) malzemeler, üç boyutlu (3B) benzerlerine kıyasla elektriği daha iyi iletmeleri, ayarlanabilir bant aralıkları, esneklikleri ve kompakt cihazlara uygunluklarıyla öne çıkıyor. Son yıllarda yapılan araştırmalar, bu malzemelerin nöromorfik hesaplama sistemleri ve bellek içi hesaplama sistemleri gibi ileri teknolojilerde kullanılabileceğini ortaya koydu.
Bunların içinde özellikle altıgen bor nitrür (hBN), grafeni andıran petek yapısıyla dikkat çekiyor. Yalıtkan özellikleri, şeffaflığı, yüksek mekanik dayanıklılığı ve yüksek sıcaklıklarda dahi performansını koruyabilmesi, onu geleceğin elektronik cihazları için cazip bir seçenek haline getiriyor.
HBN’NİN GÜÇLÜ ÖZELLİKLERİ
Geçmiş çalışmalarda hBN’nin, hem bilgiyi depolayabilen hem de işleyebilen elektronik bileşenler olan memristörlerin üretiminde potansiyel sunduğu gösterilmişti. Ancak bu memristörlerin mevcut silikon tabanlı tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) teknolojisiyle entegre edilmesi büyük zorluklar içeriyordu. Çoğu entegrasyon yöntemi pahalı, ölçeklenmesi güç ve hata oranı yüksek çözümler sunuyordu.
YENİ YÖNTEM GELİŞTİRİLDİ
Arizona Eyalet Üniversitesi, Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (KAUST) ve farklı enstitülerden bilim insanları, bu sorunu aşmak için yeni bir yöntem geliştirdi. Nature Nanotechnology’de yayımlanan çalışmaya göre ekip, elektron siklotron rezonans plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (ECR-PECVD) tekniğini kullanarak CMOS uyumlu sıcaklıklarda (<380°C) hBN filmleri sentezlemeyi başardı.
Çalışmanın yazarları Jing Xie ve Ali Ebadi Yekta, makalelerinde hBN’nin elektronik, mekanik ve kimyasal kararlılığıyla memristörler için özellikle cazip olduğunu belirtti. Ancak geleneksel yöntemlerin yüksek sıcaklık gereksinimleri veya kusurlara yol açan transfer teknikleri nedeniyle sorunlar yarattığı vurgulandı. Yeni yöntem ise transfer gerektirmeyen, doğrudan entegrasyon imkânı sağlıyor.
HOMOJEN VE DAYANIKLI YAPI
Araştırmacılar, geliştirdikleri stratejiyle hBN’yi doğrudan plakalara aktarabildi. Böylece geniş alanlarda homojen, polikristalin yapıda filmler elde edildi. Çalışmada, turbostratik özelliklere sahip bu yapıların yüksek verimlilik (yaklaşık yüzde 90), dayanıklılık, tutma ve tekrarlanabilirlik sunduğu; çok durumlu çalışma için yüksek programlama hassasiyeti (>16 durum) ve düşük frekanslı gürültü performansı sağladığı raporlandı.
MİLYONLARCA DÖNGÜYE DAYANDI
Elde edilen hBN tabanlı filmlerle üretilen memristörler, uzun süreli kullanımlarda dahi performans kaybı göstermedi. Üstelik cihazlar doğrudan endüstriyel CMOS test araçlarına entegre edilerek milyonlarca programlama döngüsüne dayanabildi. Bu sonuç, yazarlar tarafından “hBN tabanlı elektroniklerin yonga ölçeğinde CMOS entegrasyonuna atılmış büyük bir adım” olarak değerlendirildi.
GELECEĞE YOL AÇIYOR
Uzmanlara göre bu gelişme, yalnızca hBN tabanlı memristörlerin değil, diğer iki boyutlu malzemelerin de CMOS tabanlı elektroniklerle entegre edilmesine öncülük edebilir. Çalışma ayrıca, farklı araştırma gruplarına güvenilir ve ölçeklenebilir 2B film sentezi için ilham veriyor.
Araştırmacılar, bu yöntemle geliştirilen cihazların nöromorfik hesaplama, bellek içi sistemler ve geleceğin enerji verimli çiplerinde kullanılabileceğini vurguluyor.
