دستگاه‌های میکرو باید نازک‌تر و کوچکتر باشند تا تعداد بیشتری در یک تراشه قرار گیرند تا عملکرد نیمه‌رسانا بهبود یابد. با این حال، سیلیکون ساخته شده از مواد سه بعدی دارای یک نقص مهم است که عملکرد و طول عمر نیمه هادی را کاهش می دهد. این نقص به عنوان اثر کانال کوتاه و پراکندگی بار شناخته می شود و با کوچکتر شدن ترانزیستور به دلیل نشت جریان و گرمایش به خود آسیب می رساند.
چالش افزایش چگالی ادغام میکرو دستگاه که عملکرد نیمه هادی را تعیین می کند ادامه دارد. برای اولین بار در سطح جهان، پروفسور هیونسئوک شین از گروه شیمی فناوری ایجاد کرده است که امکان ایجاد چندین لایه نیترید بور شش ضلعی، تنها عایق دو بعدی، را به عنوان یک لایه نازک تک کریستالی فراهم می کند و راه را برای توسعه نسل بعدی نیمه هادی ها.
نوع خاصی از عایق دوبعدی که تاکنون کشف شده است، نیترید بور شش ضلعی (hBN)، می تواند مسائل مربوط به تخریب عملکردی نیمه هادی مانند به دام انداختن بار و پراکندگی بار را متوقف کند. اگرچه دارای رنگ سفید است و از این رو به عنوان "گرافن سفید" نیز شناخته می شود، ساختار مولکولی آن قابل مقایسه با ساختار مولکولی است. گرافن.
استفاده از hBN به عنوان یک عایق دو بعدی باید در یک ساختار تک بلوری سنتز شود که در آن کل کریستال به طور منظم در امتداد یک محور کریستالی خاص تولید می شود. پیش از این، مواردی از سنتز یک کریستال تک hBN وجود داشت که اندازه آن می تواند تجاری شود. با این حال، ضخامت تمام سنتزها لایه ای از یک اتم بود که نمی توانست به عنوان یک عایق عمل کند.
تیمی به رهبری پروفسور هیوسوک شین در دپارتمان شیمی روشی انقلابی برای سنتز hBN ایجاد کردند که امکان انباشتن لایه‌های نازک تک بلوری hBN را در چندین لایه فراهم می‌کند. این اولین روش سنتز در جهان است که می تواند یک لایه نازک hBN تک کریستالی را با ضخامت دلخواه تولید کند و در عین حال غلظت مواد خام را بر روی بستر نیکل دقیقاً کنترل کند.
توسعه لایه نازک تک بلوری چند لایه hBN از سال 2012 مطالعه ای را در مورد سنتز و کاربرد hBN انجام داده است. دانشمندان نتیجه این مطالعه را در مجله Nature در سال 2020 گزارش کردند و نشان دادند که نیترید بور آمورف، نوعی نیترید بور، بسیار کم است. مواد دی الکتریک که از تاخیر انتقال سیگنال در نیمه هادی های با چگالی بالا جلوگیری می کند.
پروفسور هیونسئوک شین گفت: نیترید بور آمورف در سال 2018 زمانی که من hBN را مطالعه کردم، کشف شد. ثابت دی الکتریک آن در 2.0 یا کمتر بسیار کم بود، بنابراین متوجه شدم که می تواند به عنوان دی الکتریکی استفاده شود که تداخل الکتریکی را هنگامی که نیمه هادی ها در طول تحقیق دو ساله من کوچک می شوند، مسدود می کند. از آن زمان، بسیاری از شرکت های نیمه هادی تحقیق و توسعه در مورد تجاری سازی نیترید بور آمورف انجام داده اند. ما انتظار داریم که روش سنتز لایه نازک hBN چند لایه تک کریستال نقش مهمی در بهبود فناوری نیمه هادی ایفا کند.
ما با موفقیت لایه نازک hBN تک کریستالی را در چندین لایه سنتز کردیم، اما هنوز به یک فناوری دیگر برای تجاری سازی نیاز داریم. این یک فناوری است که یک لایه نازک hBN سنتز شده بر روی یک بستر نیکل را بدون آسیب به ویفر منتقل می کند.
پروفسور شین اضافه, هنگامی که این فناوری توسعه یافت، می توان از آن برای انتقال نه تنها لایه های نازک hBN بلکه مواد دو بعدی مختلف استفاده کرد. تیم پروفسور شین قصد دارد علاوه بر تحقیقات بنیادی مرتبط با hBN، تحقیقات خود را در زمینه‌های شیمیایی کاربردی با استفاده از hBN گسترش دهد. امیدواریم تلاش آنها منجر به نوآوری نیمه هادی ها شود.»
این مطالعه در مجله علمی جهانی Nature منتشر شده است.
