پس از 10 سال مطالعه، محققان اعلام کردهاند که سرانجام موفق به ساخت اولین نیمه رسانای عملیاتی مبتنی بر گرافن شدهاند. انتظار میرود این پیشرفت در محاسبات کوانتومی و سنتی کمککننده باشد و اجازه خواهد داد تا قانون مور به پیشرفت خود ادامه دهد.
اوایل امسال، محققان انستیتوی فناوری جورجیا در آتلانتا مقالهای را در مجله Nature منتشر کردند. این مطالعه به بحث در مورد تولید اپیگرافن از کاربید سیلیکون میپردازد. گرافن نیمه رسانای اپیتاکسیال (SEC)، که به عنوان اپیگرافن نیز شناخته میشود، تحرک الکترونی بسیار بیشتری نسبت به سیلیکون دارد.
بر اساس گفتههای والت دی هیر، استاد ممتاز فیزیک در مؤسسه فناوری جورجیا، الکترونها میتوانند 10 برابر سریعتر از ترانزیستورهای معمولی مبتنی بر سیلیکون حرکت کنند. این افزایش نمایی بدان معنی است که تراشههایی که از اپیگرافن استفاده میکنند، بالقوه میتوانند به چرخههایی در محدوده تراهرتز دست یابند.
ساخت اپیگرافن بر پایه فرایندی استوار است که برای نیم قرن گرافن تولید کرده است. ابتدا، دو تراشه SiC درون یک بوته گرافیتی قرار داده میشوند و درون لوله کوارتزی آرگون قرار میگیرند. سپس جریان با فرکانس بالا از طریق سیمپیچ مسی اعمال میشود تا بوته گرافیتی از طریق القاگری تا 1000 درجه سانتیگراد برای حدود یک ساعت گرم شود. همزمان با تبخیر سیلیکون از سطح تراشههای SiC، کربن جای آن را میگیرد و لایهای تکاتمی (دو بعدی) از گرافن ایجاد میشود.
ویفر تولید شده بار خنثی دارد، بنابراین وقتی از لوله خارج میشود، بلافاصله توسط اکسیژن دوپ شده و خاصیت نیمه رسانایی پیدا میکند. سپس با گرم کردن گرافن تا 200 درجه سانتیگراد در خلاء، دوپ اکسیژن آزاد میشود و اپیگرافن بر روی زیرلایه کاربید سیلیکون تشکیل میگردد.
دی هیر در گفتگو با IEEE Spectrum توضیح داد: «تراشههای SiC که استفاده میکنیم حدود 10 دلار هزینه دارد، بوته گرافیتی حدود 1 دلار و لوله کوارتزی حدود 10 دلار.»
دانشمندان از سال 2008 با گرم کردن SiC در خلاء، موفق به تولید گرافن نیمهرسانا شدهاند. با این حال، این ماده فاقد شکاف نواری قابل اندازهگیری بود، بنابراین ترانزیستورها قادر به روشن و خاموش شدن نبودند. روش اصلاح شده دی هیر و تیمش این مشکل را برطرف میکند. تلاشهای قبلی برای تولید شکاف نواری شامل اصلاح زیرلایه با نوارهای گرافنی یا نانولولهها بوده است. این روشها به دلیل نیاز به دقت بالا در قرار دادن نوارها روی زیرلایه، نتایج موفقیتآمیزی به همراه نداشتهاند.
دی هیر میگوید: «تا حدودی موفقیتهایی با نوارهای گرافنی به دست آمده است، اما در اصل این فناوری بسیار شبیه به فناوری نانولولههای کربنی نیمهرسانا است که در 30 سال گذشته تحقیقات نانولولهای موفق نبوده است.»
محققان موفقیت بیشتری در ایجاد شکاف نواری با تغییر شکل دادن گرافن (تا خوردگی) داشتهاند. با این حال، این روش شکاف نواری تنها 0.2 الکترون ولت ایجاد میکند که دی هیر آن را برای کاربرد عملی کوچک میداند. در مقایسه، سیلیکون شکاف نواری 1.12 الکترون ولت دارد. روش فناوری جورجیا شکاف نواری 0.6 الکترون ولت ایجاد میکند که برای سوئیچینگ منطقی در دماهای پایینتر کافی است.
دی هیر میگوید: «تحقیق ما برخلاف سایر روشهایی که ذکر شد، منجر به تولید مقادیر زیادی از گرافن نیمه رسانای اپیتاکسیال بدون نقص بر روی تراسهای صاف و اتمیًا تخت SiC شده است. SiC یک ماده الکترونیکی بسیار توسعه یافته و در دسترس است که کاملاً با روشهای مرسوم پردازش میکروالکترونیک سازگار است.»
در حالی که دانش با موفقیت گرافن نیمه رسانای اپیتاکسیال عملیاتی و با تحرک بالا تولید کرده است، هنوز استفاده از آن در پردازندههای رایانههای کوانتومی یا عادی دور از دسترس است. دی هیر میگوید بررسی بیشتر لازم است تا مشخص شود SEC در مقایسه با فوقرساناهای مورد استفاده در رایانههای کوانتومی معاصر برای این منظور مناسبتر است یا خیر.
اما در مورد محاسبات سیلیکونی، تیم پژوهشی از قبل میداند که SEC یک نیمه رسانای برتر با مقاومت بسیار پایینتر است. بنابراین، سرعتهای بالاتر و دماهای عملیاتی خنکتری قابل دستیابی است. با این حال، راه آسانی برای ادغام SEC در الکترونیک سیلیکونی مرسوم وجود ندارد. بهرهبرداری از مزایای این ماده نیازمند تغییر کامل در روندهای تولیدی فعلی است.
دی هیر میگوید: «من این کار را به اولین پرواز 100 متری برادران رایت تشبیه میکنم. عمدتاً بستگی به این دارد که چقدر کار برای توسعه آن انجام شود.»
- تراشه اسنپدراگون 8 نسل 4 بازی Genshin Impact را بهمدت 45 دقیقه بدون افت عملکرد اجرا کرد
- نگاهی اولیه به گلکسی رینگ سامسونگ: ویژگیها، قیمت و تاریخ عرضه
- Corning Gorilla Armor بیش از همیشه از نمایشگر گلکسی S24 اولترا محافظت میکند
- بررسی وضعیت اینترنت جهان در ماه دسامبر؛ سقوط سه پلهای اینترنت موبایل ایران
توسط 
دیدگاهتان را بنویسید