میدان الکتریکی برای مدار‌های با عملکرد بالا به کار رفت

در تحقیقی جدید مهندسان از میدان‌های الکتریکی برای ایجاد مدار‌هایی با عملکرد بالا و فراتر از محدودیت‌هایی که در نتیجه استفاده از سیلیکون به وجود می‌آید، استفاده کردند.

کد خبر: ۱۳۰۵۳۳۹

دوشنبه - ۲۴ شهريور ۱۴۰۴ / September 15, 2025

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از اینترستینگ انجینرینگ، ترانزیستور‌ها بلوک‌های سازنده بنیادین برای منطق دیجیتال هستند که اکنون با اندازه چند اتم ساخته می‌شوند. ساخت ترازیستور‌های سیلیکونی معمول در چنین مقیاس کوچکی با چالش‌های زیادی رو‌به‌رو است از جمله آنکه حکاکی چنین ویژگی‌های ریزی می‌تواند منجر به تداخل‌های الکتریکی، نشت جریان و فرآیند‌های ساخت پیچیده‌ای شود که حفظ آنها به‌طور فزاینده‌ای دشوار است.

استراتژی چند دهه‌ای فشردن تعداد بیشتر ترانزیستور‌ها در یک ناحیه یکسان از تراشه به سرعت به محدودیت‌های عملی خود نزدیک می‌شود و روش‌های مرسوم ممکن است دیگر نتوانند ارتقاینیمه مداوم عملکرد را تضمین کنند.

در این زمینه نیمه‌رسانا‌های دو بعدی که می‌توان آنها را تا یک لایه اتمی نازک کرد، نویدبخش هستند. موادی مانند دی‌سولفید مولیبدن (MoS₂) و دی‌سلنید تنگستن (WSe₂) جریان بار کارآمدی را حتی در حالت فوق‌العاده نازک فراهم می‌کنند و می‌توان آنها را به عنوان ترانزیستور‌های نوع n یا نوع p تنظیم کرد که دو جز اساسی برای مدار‌های منطقی به شمار می‌روند.

اما ساخت مدار از این مواد همچنان چالش‌برانگیز است. روش‌های فعلی نیازمند دما‌های بالا، محفظه‌های خلا یا جای‌گذاری دستی ورقه‌های نانو است که تولید در مقیاس بزرگ را دشوار می‌کند. افزایش مقیاس معمولاً منجر به کیفیت نامنظم، هم‌ترازی ضعیف یا فرآیند ساخت پیچیده می‌شود که سادگی و پتانسیل این مواد را کاهش می‌دهد.

تحقیقی که در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده، رویکرد جدیدی برای ساخت مدار‌های منطقی اتمی نازک ارائه می‌دهد. پژوهشگران، لایه‌برداری محلول‌محور نیمه‌رسانا‌های دو بعدی را با مونتاژ هدایت‌شده توسط میدان الکتریکی را به گونه‌ای ترکیب کردند که ورقه‌های نانویی MoS₂ نوع n و WSe₂ نوع p را بتوانند دقیقاً بین الکترود‌های از پیش تعیین شده قرار دهند.

این روش، مدار‌های منطقی مکمل را بدون نیاز به لیتوگرافی، حکاکی یا فرآیند‌های نیازمند دمای بالا ایجاد می‌کند. مونتاژ به‌صورت موازی انجام می‌شود و امکان ساخت چند دستگاه روی یک تراشه در یک مرحله را فراهم می‌شود و همین امر باعث ساده‌تر شدن تولید و حفظ مزایای عملکردی مواد دو بعدی می‌شود.

در روش جدید، ورقه‌های نانویی دوبعدی با کیفیت بالا را از بلور‌های حجیم بدون آسیب به ساختار آنها آسیبی تولید می‌شود. این روش به جای استفاده از تکنیک‌های خشن، از لایه‌برداری الکتروشیمیایی بهره می‌برد. در چنین فرآیندی یک ولتاژ، یون‌های بزرگ را بین لایه‌های بلور وارد می‌کند و پیوند‌ها را سست می‌کند. سپس با استفاده از سونیکیشن ملایم، این لایه‌ها به‌صورت ورقه‌های نانویی پایدار جدا می‌شوند.

این ورقه‌ها به‌صورت معلق در مایع باقی می‌مانند و اندازه‌ای بیش از یک میکرون دارند که بسیار بزرگ‌تر از ورقه‌هایی هستند که با روش‌های مکانیکی سنتی ایجاد می‌شوند. محققان فرایند مذکور را برای دستیابی به نتایج بهتر بهبود بخشیدند. آنها الکترود‌های مخروطی شکل، میدان الکتریکی را به‌طور دقیق‌تری هدایت کر دند و رسوب‌گذاری ناخواسته را کاهش دادند. از سوی دیگر یک سیگنال متناوب با فرکانس ۵۰ هرتز، بین هم‌ترازی و چسبندگی ورقه‌های نانویی تعادل ایجاد کرد. علاوه بر این، تنها با اعمال این فرآیند به مدت ۱۵ ثانیه، کانال‌هایی یکنواخت با ضخامت ۱۰ نانومتر تولید شد.