علماء صينيون يطورون شرائح ثنائية الأبعاد بسرعة ألف مرة باستخدام الذهب السائل وحيلة مذهلة من التنغستن

طرق جديدة لنمو المواد ثنائية الأبعاد تُسرع الإنتاج بمعدل ألف مرة وتفتح آفاقاً جديدة لصناعة الشرائح الإلكترونية

ابتكار صيني يُغيّر قواعد اللعبة في تصنيع المواد نصف الموصلة

تمكن فريق من الباحثين الصينيين من تطوير طريقة جديدة لنمو الرقائق ذات البعد الواحد (2D) على مستوى واسع، تعمل بسرعة تقارب ألف مرة أسرع من الطرق التقليدية. يُعد هذا الاختراق خطوة مهمة نحو تحقيق تصنيع أكثر كفاءة وفعالية للمواد نصف الموصلة عالية الأداء، التي أصبحت ضرورية لمواجهة التحديات المستقبلية في تكنولوجيا المعالجات.

إعادة هندسة عملية التبخير الكيميائي لتعزيز الكفاءة

قام فريق معهد أبحاث المعادن بإعادة تصميم عملية التبخير الكيميائي (Chemical Vapor Deposition – CVD) باستخدام طبقة ثنائية من الذهب والسودانيوم السائل كقاعدة أساسية. ساعدت هذه الطبقة المبتكرة على نمو أفلام أحادية الطبقة من نيتريد السيليكون والتنجستن بسرعة أكبر وبأحجام أكبر، حيث بلغت أبعادها حوالي 1.4 × 0.7 إنش، وهو ما يُعد خطوة هامة نحو الإنتاج على نطاق واسع للمواد نصف الموصلة ثنائية الأبعاد.

ميزات وفوائد المواد الجديدة

تُتميز أفلام نيتريد السيليكون والتنجستن بخصائص فريدة تجعلها مثالية لتصميم الترانزستورات الحديثة، ومنها:
– حركة ثقوب عالية (Hole mobility)
– كثافة تيار عالية في الحالة المشغلة
– قوة ميكانيكية ممتازة
– قدرة عالية على تبديد الحرارة
– استقرار كيميائي عالٍ

هذه الخصائص تجعلها مرشحة مثالية للجيل القادم من الرقائق، خاصة مع الحاجة الماسة إلى مواد p-type المستقرة، والتي تُعد عنق زجاجة في تطوير شرائح أصغر وأكثر كفاءة.

زيادة الإنتاج بسرعة هائلة

نجح الباحثون في توسيع نطاق النمو من خلال تحسين أداء العملية، حيث ارتفعت سرعة الإنتاج من حوالي 0.00004 إنش خلال خمس ساعات إلى حوالي 0.0008 إنش في الدقيقة، أي ما يعادل زيادة بمقدار ألف مرة مقارنة بالطرق التقليدية. هذه الزيادة الكبيرة تُعد خطوة نوعية نحو الانتقال من النماذج المختبرية إلى التصنيع على نطاق صناعي واسع.

التحديات والآفاق المستقبلية

على الرغم من هذا التقدم المبهر، لا تزال هناك فجوة كبيرة بين إنتاج أفلام بحجم السنتيمتر في المختبر والإنتاج الضخم لرقائق خالية من العيوب. استخدام قاعدة الذهب، على سبيل المثال، فعال للبحث، لكنه مكلف للغاية للتصنيع بكميات كبيرة. تسعى الصين إلى تجاوز القيود الحالية في صناعة أشباه الموصلات، ويُعد هذا الإنجاز بمثابة خطوة مهمة في هذا الاتجاه.

ومع ذلك، فإن العديد من المواد ثنائية الأبعاد التي كانت تعد واعدة فشلت في الانتقال من أبحاث الجامعات إلى المصانع الإنتاجية، ويعتمد نجاح هذا المادة الجديدة على حل مشكلات التوسع والكلفة، التي كانت سبباً في فشل مواد سابقة.

ختاماً، يمثل هذا البحث بداية واعدة نحو تصنيع مواد نصف موصلة أكثر تطوراً، رغم أن الطريق لا يزال طويلاً لتحقيق الإنتاج الضخم والاقتصادي.

تابع المزيد من الأخبار والتحديثات عبر TechRadar، واشترك في النشرة الإخبارية لتبقى على اطلاع بأحدث التطورات في عالم التكنولوجيا والصناعات الرقمية.