Kétdimenziós mikrochipet fejlesztett a KAUST

Az Abdullah Király Tudományos és Technológiai Egyetem (KAUST) elkészítette az első teljesen integrált és működőképes, kétdimenziós anyagokon alapuló mikrochipet. Az áttörés szerintük jól bizonyítja, hogy a 2D-s anyagokban rejlő lehetőségek bővítik a mikrochip-alapú technológiák funkcionalitását és teljesítményét.

A 2D-s anyagokon nyugvó funkcionális mikroeszközök az ilyen törékeny vékony filmek gyártása és kezelése során felmerülő kihívások miatt eddig nehezen megvalósíthatónak bizonyultak – fejtegetik a tudósok a Nature-ben megjelent publikációban.

„A motivációt az jelentette, hogy hagyományos szilíciumalapú mikroáramkörök és szabványos félvezetőgyártási technikák felhasználásával növeljük a 2D elektronikus eszközök és áramkörök technológiai készültségi szintjét” – mondta Mario Lanza vezető kutató. „Kihívásokat tartogatott ugyanakkor az, hogy a szintetikus 2D anyagok tartalmazhatnak helyi anomáliákat, például atomi szennyeződéseket, amelyek a kis eszközök meghibásodását okozhatják. És persze nagyon nehéz 2D anyagot mikrochipbe integrálni anélkül, hogy megsérülne.”

A kutatócsoport optimalizálta a chip kialakítását, hogy könnyebbé tegye a gyártást, és minimalizálja a hibalehetőségeket. Ezt úgy érték el, hogy a chip egyik oldalához szabványos komplementer fém-oxid félvezető tranzisztorokat gyártottak, és az összeköttetéseket az alsó oldalra kötötték, ahol a 2D anyagot 0,25μm-nél kisebb átmérőjű betétekben tudták átvezetni.

„A 2D anyagot – hexagonális bór-nitridet, azaz h-BN-t – alacsony hőmérsékletű nedves eljárással, rézfólián állítottuk elő, és vittük át a mikrochipre, majd a tetején hagyományos vákuumos párologtatással és fotolitográfiával elektródákat alakítottunk ki. Ily módon egy 5×5-ös tömböt állítottunk elő egy-egy tranzisztor és memrisztor cellából, amelyek keresztsávos mátrixban kapcsolódnak egymáshoz” – fejtegette Lanza.

A 6 nm vastag, kétdimenziós h-BN-t ideális memrisztorrá teszik a különleges tulajdonságai, amelyeknek köszönhetően olyan alkatrésszé válik, amelynek ellenállása az alkalmazott feszültséggel állítható. Ebben az 5×5-ös elrendezésben minden egyes mikroméretű memrisztorpárna egyetlen dedikált tranzisztorral van összekötve, így biztosítható a finom feszültségvezérlés is, amely ahhoz szükséges, hogy a memrisztor nagy teljesítményű és megbízhatóságú, több ezer cikluson át működő funkcionális eszközként, jelen esetben alacsony fogyasztású neurális hálózati elemként működjön.

Gábor János, NEW technology