Dijital mantığın temel yapı taşları olan transistörler artık yalnızca birkaç düzine atom genişliğinde üretiliyor. Bu ölçekte, geleneksel silikon süreçleri elektriksel parazit, akım kaçağı ve giderek zorlaşan karmaşık üretim adımlarıyla sınanıyor. On yıllardır aynı alana daha fazla transistör sığdırma stratejisinin pratik sınırlarına yaklaşılması, tutarlı performans kazanımlarını zorlaştırıyor. Bu nedenle mühendisler, engelleri aşmak için yeni malzemeler, yenilikçi mimariler ve gelişmiş üretim tekniklerine yönelmiş durumda.
ÇÖZELTİ TABANLI MONTAJ
Tek atom katmanına kadar dilimlenebilen 2B yarı iletkenler, ultra ince olsalar bile verimli yük akışı sağlıyor ve mantık için gerekli n-tip/p-tip transistörlere uyarlanabiliyor. Ancak devre yapımı genellikle yüksek sıcaklık, vakum ya da manuel nanolevha yerleştirme gerektirdiğinden ölçekleme zorlaşıyor. Advanced Functional Materials’ta sunulan yeni yaklaşım, çözelti tabanlı soyulmayı (eksfoliyasyon) elektrik alan kılavuzlu montaj ile birleştirerek, n-tip MoS₂ ve p-tip WSe₂ nano tabakalarının önceden tanımlı elektrotlar arasına hassas yerleşimini sağlıyor. Böylece litografi, aşındırma veya yüksek sıcaklık olmadan tamamlayıcı mantık devreleri üretilebiliyor; montaj paralel ilerlediği için tek çip üzerinde tek adımda birden fazla cihaz üretimi mümkün oluyor.
NAZİK EKSFOLİYASYON YÖNTEMİ
Yöntem, büyük kristallerden zarar vermeden yüksek kaliteli 2B nanolevhalar elde ediyor. Sert işlemler yerine elektrokimyasal eksfoliyasyon kullanılıyor: Uygulanan voltaj, kristal katmanları arasına büyük iyonlar yerleştirerek bağları gevşetiyor; ardından nazik sonikasyon katmanları kararlı nanolevhalara ayırıyor. Sıvı içinde süspanse kalan bu levhalar mikronun üzerinde çapa ulaşabiliyor ve mekanik yöntemlerle üretilenlerden belirgin biçimde daha büyük boyut sunuyor.
ALAN KILAVUZLU HİZALAMA
Ekip, yerleşimi ve doğruluğu iyileştirmek için süreci ayrıntılı biçimde optimize etti: Konik elektrotlar elektrik alanını şekillendirerek saçılma birikimini azalttı; 50 Hz AC sinyali nano tabaka hizalamasını ve yapışmasını dengeledi. 15 saniyelik uygulama ile ~10 nm kalınlıkta düzgün kanallar üretildi. Bu ayarlamalar, elektrotlar arası kontrollü köprüleme ve geometrik tekrarlanabilirlik sağladı.
KUSUR KİMYASAL İYİLEŞTİRME
En yüksek kaliteli 2B malzemelerde bile eksik S/Se atomları gibi atomik kusurlar elektriksel davranışı olumsuz etkileyebilir. Araştırmacılar, bis(triflorometan)sülfonimid (TFSI) adlı süperasit ile kimyasal işlem uygulayarak bu kusurların etkisini azalttı ve cihaz performansını dengeledi.
DEVRELER VE BELLEK
Sonuçta süreç, 2B malzemelerin düşük güç tüketimi, doğru çıkış ve güvenilir bellek tutma ile çalışabildiğini gösterdi. Ekip; invertörler, NAND/NOR mantık kapıları ve SRAM hücreleri dahil işlevsel mantık devreleri ve bellek aygıtları üretti. Kritik nokta, bunların yüksek sıcaklık/vakum gerektirmeden ve karmaşık litografi adımlarına başvurmadan, çözelti + alan kılavuzlu tekniğin tek adımda, paralel üretimiyle elde edilmesi.
ÖLÇEKLENEBİLİR YOL HARİTASI
Çalışma, 2B malzemelerin performans avantajlarını koruyarak üretimi basitleştiren bir hat sunuyor. Kalınlık kontrolü, elektrot geometrisi ve AC sürüş gibi parametrelerin mühendisliği, tutarlı kalite ve iyi hizalama ile büyük alan devrelerin yolunu açabilir. Böylece, atomik limitler yakınında klasik silikonun yaşadığı parazit/kaçak sorunları aşılırken, mantık ve bellek birimlerinin aynı çipte 2B malzemelerle tamamlayıcı biçimde inşası mümkün hâle geliyor.
