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जब विकास के दौरान छोटे पॉकेट तक सीमित होता है, तो 2डी सामग्री सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स के साथ अच्छा खेलती है। चिप स्केलिंग के भविष्य के लिए यह अच्छी खबर है।
वाणिज्यिक चिप निर्माण में 2डी सामग्री की शुरूआत के लिए एमआईटी में सफलता एक महत्वपूर्ण कदम साबित हो सकती है। बोस्टन, मैसाचुसेट्स संस्थान के इंजीनियरों ने सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स पर दोष-मुक्त 2डी सामग्री के वेफर-स्केल विकास का प्रदर्शन किया। क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर (FETs) इस मोनोलेयर का उपयोग करके एक चैनल सामग्री के रूप में निर्मित किया गया है, जो इसके प्रयोगशाला-निर्मित समकक्षों के सर्वोत्तम नमूनों की तुलना में प्रदर्शन करता है।
जैसे ही पहली 2डी सामग्री, ग्रैफेन की खोज की गई, शोधकर्ताओं ने सिद्धांत दिया कि यह ट्रांजिस्टर में सिलिकॉन चैनलों को इस आधार पर प्रतिस्थापित कर सकता है कि इलेक्ट्रॉन बिजली की गति से इसके माध्यम से ज़िप करते हैं। हालांकि, एक बैंडगैप की अनुपस्थिति के कारण, जिसे चालकता को चालू और बंद करने की आवश्यकता होती है, संक्रमण-धातु डाइक्लोजेनाइड्स पर अनुसंधान आगे बढ़ गया है। इन टीएमडी में, धातु के परमाणुओं की एक परत (जैसे मोलिब्डेनम या टंगस्टन) चाकोजेन्स (जैसे सल्फर या सेलेनियम) की परतों के बीच सैंडविच होती है। इन 2डी सामग्रियों में एक बैंडगैप के साथ स्वाभाविक रूप से बहुत उच्च आवेश वाहक गतिशीलता होती है।
टीएमडी-आधारित एफईटी तथाकथित शॉर्ट-चैनल प्रभावों के प्रति अपेक्षाकृत प्रतिरक्षा होने का वादा करता है, जो अन्य बातों के अलावा, ट्रांजिस्टर के बंद होने (माना जाता है) होने पर भी पूरे चैनल में रिसाव का कारण बनता है। ऐसे ट्रांजिस्टर विकसित करके जिनमें गेट्स तीन या यहां तक कि सभी तरफ चैनलों को आच्छादित करते हैं, सी-आधारित ट्रांजिस्टर में धाराओं को अधिक प्रभावी ढंग से नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे स्केलिंग आने वाले कुछ वर्षों तक जारी रह सकती है। लेकिन कुछ बिंदु पर यह रणनीति भाप से बाहर हो जाएगी। Imec ने 2020 में TMDs को स्केलिंग रोडमैप पर रखा।
हालाँकि, मानक चिप बनाने के बुनियादी ढाँचे में 2D सामग्रियों का एकीकरण एक चुनौती साबित हुआ है। वर्षों से, एकल TMD परत प्राप्त करने का सबसे आम तरीका यह रहा है कि इसे एक थोक सामग्री से सावधानी से छीला जाए, जो अच्छी तरह से स्केल नहीं करती है। हाल ही में, नीलम वेफर्स पर उच्च गुणवत्ता वाली टीएमडी परतें उगाई गई हैं। शायद इन्हें सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स में स्थानांतरित किया जा सकता है, लेकिन टीएमडी को सीधे सिलिकॉन पर उगाना सबसे फायदेमंद होगा।
दुर्भाग्य से, सिलिकॉन और टीएमडी नीलम की तरह मेल नहीं खाते हैं। उत्तरार्द्ध में परमाणुओं का एक हेक्सागोनल पैटर्न होता है जो 2डी सामग्री को समान, एकल-क्रिस्टलीय अभिविन्यास में इकट्ठा करने के लिए प्रोत्साहित करता है। जब शोधकर्ता सिलिकॉन पर 2डी सामग्री विकसित करने का प्रयास करते हैं, तो परिणाम क्रिस्टल का एक यादृच्छिक पैचवर्क होता है जो बेतरतीब ढंग से विलीन हो जाता है, जिससे कई अनाज सीमाएं बनती हैं जो चालकता को प्रभावित करती हैं।
मिश्रण और मैच
एमआईटी की टीम ने सिलिकॉन पर टीएमडी के क्रिस्टल विकास को संरेखित करने का एक तरीका खोजा। मास्क सामग्री के रूप में सिलिकॉन डाइऑक्साइड का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने वेफर पर एक स्क्वायर ग्रिड का पैटर्न तैयार किया। जैसा कि गैसीय अग्रदूत वेफर में प्रवाहित होते हैं, सिलिकॉन पर बसने वाले परमाणु छोटे ग्रिड पॉकेट्स के अंदर क्रिस्टल की वृद्धि करेंगे। इसने परमाणुओं को गलित किया और उन्हें उसी, एकल-क्रिस्टलीय अभिविन्यास में सिलिकॉन वेफर पर इकट्ठा करने के लिए प्रोत्साहित किया।
अध्ययन के प्रमुख लेखक जीव किम कहते हैं, “यह चौंकाने वाला परिणाम है।” प्रकृति में प्रकाशित. “आपके पास हर जगह एकल-क्रिस्टलीय विकास है, भले ही 2D सामग्री और सिलिकॉन वेफर के बीच कोई एपिटैक्सियल संबंध न हो।”
उनकी मास्किंग विधि के साथ, टीम ने एक साधारण टीएमडी ट्रांजिस्टर बनाया और दिखाया कि इसका विद्युत प्रदर्शन उसी सामग्री के शुद्ध फ्लेक जितना अच्छा था। उन्होंने एक बहुस्तरीय उपकरण को इंजीनियर करने के लिए विधि भी लागू की, जिसमें पहले के शीर्ष पर एक दूसरे प्रकार का टीएमडी उगाया गया था। इस तरह, वांछित विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए टीएमडी को मिश्रित और मिलान किया जा सकता है।
“अब तक, सिलिकॉन वेफर्स पर एकल-क्रिस्टलीय रूप में 2डी सामग्री बनाने का कोई तरीका नहीं था, इस प्रकार पूरा समुदाय 2डी सामग्री को स्थानांतरित किए बिना अगली पीढ़ी के प्रोसेसर को महसूस करने के लिए संघर्ष कर रहा है,” किम कहते हैं। “अब, हमने कुछ नैनोमीटर से छोटे उपकरणों को बनाने के तरीके के साथ, इस समस्या को पूरी तरह से हल कर लिया है।”
