- Metode pertumbuhan baru ini 1.000 kali lebih cepat dibandingkan teknik konvensional
- Lapisan substrat berupa emas cair dan tungsten
- Film tungsten silicon nitride monolayer mencapai ukuran 1,4 x 0,7 inci
Peneliti dari Cina telah mengembangkan metode pertumbuhan semikonduktor 2D skala wafer yang beroperasi hampir 1.000 kali lebih cepat dibandingkan teknik konvensional.
Tim dari Institute of Metal Research mendesain ulang proses pengendapan uap kimia dengan memperkenalkan substrat berupa lapisan emas cair dan tungsten.
Metode ini memungkinkan pertumbuhan film tungsten silicon nitride monolayer pada skala wafer dengan sifat doping yang dapat disesuaikan.
Mengapa Material 2D Penting untuk Masa Depan Chip
Film hasilnya memiliki dimensi sekitar 1,4 x 0,7 inci, menandai langkah maju bagi produksi semikonduktor 2D berkinerja tinggi dengan skala yang lebih besar. Selama beberapa dekade, Hukum Moore memperkirakan peningkatan daya komputasi setiap dua tahun. Namun, saat ukuran transistor mendekati skala atom, efek kuantum dan dissipasi panas membuat miniaturisasi semakin sulit.
Semikonduktor 2D muncul sebagai kandidat utama untuk bahan chip pasca-Moore, karena beban kerja yang meningkat dari alat AI dan model bahasa besar mendorong arsitektur chip saat ini hingga batasnya.
Arsitektur transistor modern sangat bergantung pada pasangan komplementer dari material jenis n dan jenis p. Namun, terbatasnya opsi p-type yang berkinerja tinggi menjadi kendala utama dalam desain chip generasi berikutnya, sebab banyak semikonduktor 2D n-type sudah mapan, tetapi menciptakan p-type yang stabil masih menjadi tantangan.
“Kurangnya material p-type berkinerja tinggi telah menjadi hambatan kritis untuk pengembangan semikonduktor 2D di bawah 5 nanometer,” kata Zhu Mengjian dari National University of Defense Technology.
Film tungsten silicon nitride monolayer mengompilasi beberapa keunggulan utama untuk desain transistor canggih. Di antara kelebihan ini adalah mobilitas hole yang kuat, densitas arus aktif yang tinggi, kekuatan mekanik, dissipasi panas yang efisien, dan stabilitas kimia.
Metode ini memperluas domain kristal tunggal menjadi ukuran sub-milimeter dan meningkatkan kecepatan produksi dari sekitar 0,00004 inci selama lima jam menjadi sekitar 0,0008 inci per menit. Ini artinya ada peningkatan sekitar 1.000 kali dibandingkan pendekatan konvensional lainnya.
Meski penelitian ini menunjukkan kemajuan dalam manufaktur semikonduktor 2D, masih terdapat kesenjangan besar antara pertumbuhan film skala sentimeter di lab dengan produksi wafer tanpa cacat dalam skala massal.
Substrat berbasis emas, meskipun efektif untuk penelitian, akan sangat mahal untuk produksi volume tinggi. Ambisi Cina untuk melompati batasan semikonduktor yang ada adalah hal yang bisa dimengerti, dan studi ini adalah terobosan.
Sayangnya, industri telah menyaksikan banyak bahan 2D yang menjanjikan gagal untuk bertransisi dari kertas akademis ke pabrik fabrikasi. Apakah material ini akan mengikuti jalur yang sama atau tidak tergantung pada kemampuan untuk menyelesaikan tantangan skalabilitas dan biaya yang telah menggagalkan opsi sebelumnya.
Via Interesting Engineering
