מיקרו-מכשירים צריכים להיות דקים וקטנים יותר כדי להתאים יותר לשבב אחד כדי לשפר את ביצועי המוליכים למחצה. עם זאת, לסיליקון העשוי מחומרים תלת מימדיים יש פגם קריטי שמפחית את הביצועים ואת תוחלת החיים של המוליך למחצה. פגם זה ידוע כאפקט הערוץ הקצר ופיזור המטען, וכאשר טרנזיסטור הולך וקטן, הוא פוגע בעצמו עקב דליפה וחימום זרם.
האתגר להגדיל את צפיפות האינטגרציה של המיקרו-מכשירים הקובעת את ביצועי המוליכים למחצה נמשך. לראשונה בעולם, פרופסור היונסוק שין מהמחלקה לכימיה יצרה טכנולוגיה המאפשרת ליצור מספר רב של שכבות של בור ניטריד משושה, המבודד הדו-ממדי היחיד, כסרט דק קריסטל יחיד, הסוללת את הדרך לפיתוח של הדור הבא מוליכים למחצה.
סוג מסוים של מבודד דו מימדי שהתגלה עד כה, בורון ניטריד משושה (hBN), יכול לעצור בעיות השפלה תפקודיות של מוליכים למחצה כמו לכידת מטען ופיזור מטען. למרות שיש לו גוון לבן ולכן הוא ידוע גם בשם "גרפן לבן", יש לו מבנה מולקולרי דומה לזה של גרפן.
שימוש ב-hBN כמבודד דו-ממדי צריך להיות מסונתז למבנה גבישי יחיד שבו הגביש כולו נוצר באופן קבוע לאורך ציר גבישי מסוים. בעבר, היו מקרים של סינתזה של גביש יחיד של hBN שגודלו ניתן למסחר. עם זאת, העובי של כל הסינתזה היה שכבה של אטום, שלא יכלה לתפקד כמבודד.
הצוות בראשותו של פרופסור Hyuseok Shin במחלקה לכימיה יצר שיטה מהפכנית לסינתזה של hBN המאפשרת ערימה של סרטים דקים hBN קריסטל יחיד במספר שכבות. זוהי שיטת הסינתזה הראשונה בעולם שיכולה לייצר סרט דק hBN קריסטל אחד בעובי רצוי תוך שליטה מדויקת בריכוז חומר הגלם על מצע הניקל.
הפיתוח של סרט דק hBN חד-שכבתי ביצע מחקר על סינתזה ויישום של hBN מאז 2012. מדענים דיווחו על תוצאת מחקר זו במגזין Nature בשנת 2020 וחשפו כי בורון ניטריד אמורפי, סוג של בורון ניטריד, הוא נמוך במיוחד חומר דיאלקטרי המונע את עיכוב העברת האות במוליכים למחצה בצפיפות גבוהה.
פרופסור היונסוק שין אמר, "ניטריד בורון אמורפי התגלה בשנת 2018 כאשר למדתי hBN. הקבוע הדיאלקטרי שלו היה נמוך מאוד ב-2.0 ומטה, אז גיליתי שהוא יכול לשמש כדיאלקטרי שחסם הפרעות חשמליות כאשר מוליכים למחצה היו ממוזערים במהלך המחקר שלי במשך שנתיים. מאז, חברות מוליכים למחצה רבות ביצעו מחקר ופיתוח על מסחור של בורון ניטריד אמורפי. אנו מצפים ששיטת הסינתזה של סרט דק hBN רב-שכבתי גביש יחיד תמלא תפקיד משמעותי בשיפור טכנולוגיית המוליכים למחצה".
"סינתזנו בהצלחה סרט דק hBN עם גביש יחיד במספר שכבות, אבל אנחנו עדיין צריכים טכנולוגיה נוספת שתפותח למסחור. זו טכנולוגיה המעבירה סרט דק hBN המסונתז על מצע ניקל על גבי פרוסות ללא נזק".
פרופסור שין הוסיף, "ברגע שהטכנולוגיה הזו פותחה, ניתן להשתמש בה כדי להעביר לא רק סרטים דקים של hBN אלא גם חומרים דו-ממדיים שונים. הצוות של פרופסור שין מתכנן להרחיב את המחקר שלו על תחומי יישום כימיים באמצעות hBN בנוסף למחקר הבסיסי הקשור ל-hBN. אנו מקווים שהמאמצים שלהם יובילו לחדשנות של מוליכים למחצה".
המחקר מתפרסם בכתב העת האקדמי העולמי Nature.
