يقوم باحثون أمريكيون بتطوير طريقة البلازما المدعومة كيميائيًا لرقائق الحوسبة من الجيل التالي
يتطلب تصنيع الترانزستورات التي تجمع السيليكون مع ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية (TMDs) عملية دقيقة للغاية. يحتاج المهندسون إلى إزالة الذرات فقط من الطبقة العليا من الكبريت مع ترك الطبقات الأساسية سليمة. تعتمد التقنية الأكثر شيوعًا للقيام بذلك على البلازما، وهي حالة متأينة من المادة توجد أيضًا في الشمس والنجوم، وهو مجال تمت دراسته على نطاق واسع لعقود من الزمن في مختبر فيزياء البلازما في برينستون. في ظل ظروف يتم التحكم فيها بعناية، تصطدم جزيئات البلازما بسطح TMD وتطرد ذرات الكبريت. ومع ذلك، تتطلب العملية توازنًا دقيقًا – فالقليل جدًا من القوة يفشل في إزالة طبقة الكبريت، في حين أن الكثير منها يمكن أن يؤدي إلى تلف طبقة الموليبدينوم الموجودة تحتها، مما يضر بأداء المادة. طريقة طلاء جديدة يمكن أن تحمي مواد الترانزستور الرقيقة للغاية. يظل تحقيق الإزالة النظيفة لطبقة الكبريت العليا دون الإضرار بالطبقات الموجودة تحتها تحديًا تصنيعيًا كبيرًا بسبب نافذة العملية الضيقة. باستخدام المحاكاة الحاسوبية، وجد فريق البحث أن المعالجة المسبقة لثاني كبريتيد الموليبدينوم بالأكسجين أو الفلور تحسن بشكل كبير التحكم أثناء عملية النقش. وأظهرت النتائج التي توصلوا إليها، والتي نشرت في مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية، أن الطلاء السطحي يقلل بشكل كبير من الطاقة اللازمة لإزاحة ذرات الكبريت. على سطح غير معالج، تتطلب إزالة ذرة الكبريت حوالي 30 إلكترون فولت، لكن هذه العتبة تنخفض إلى ما يقرب من 10 إلكترون فولت مع المعالجة بالفلور، وحوالي 14 إلكترون فولت مع الأكسجين، مما يقلل من خطر إتلاف الطبقات العميقة. تعتبر عتبة الطاقة المنخفضة مهمة لأن أيونات البلازما لا تضرب السطح بمستويات طاقة متماثلة؛ بعض الاختلاف لا مفر منه أثناء العملية. على السطح غير المعالج، يكون الهامش بين إزالة ذرات الكبريت وإتلاف طبقة الموليبدينوم الأساسية صغيرًا للغاية، مما يعني أن بعض الأيونات يمكن أن تسبب بسهولة أضرارًا غير مرغوب فيها. يؤدي خفض عتبة إزالة الكبريت إلى حوالي 10 أو 14 إلكترون فولت إلى توسيع نافذة الأمان بشكل كبير، مما يوفر للمصنعين نطاق تشغيل أكثر عملية حيث يمكن إزالة الطبقة العليا بشكل نظيف مع الحفاظ على السلامة الهيكلية للمادة الموجودة أدناه. بدلاً من الاعتماد على القوة الفيزيائية البحتة لتجريد الذرات، قدم الباحثون نهجاً مدعوماً كيميائياً. عندما يضرب أيون وارد سطح ثاني كبريتيد الموليبدينوم المغطى بالأكسجين، تتفاعل ذرتان من الأكسجين مع ذرة كبريت قريبة لتكوين ثاني أكسيد الكبريت، وهو جزيء غاز مستقر يمكن أن ينفصل وينتشر بشكل طبيعي. وينتج الفلور تأثيرًا مشابهًا عن طريق تكوين مركبات الكبريت والفلور التي يسهل إزالتها. وفقًا للمؤلف الرئيسي يوري بولياتشينكو، تعمل هذه الطريقة عن طريق توليد منتجات كيميائية وسيطة تضعف الروابط، مما يجعل فصل ذرات الكبريت عن السطح أسهل بكثير. ينتقل البحث الآن من إثبات المفهوم إلى تقييم أكثر تفصيلاً للموثوقية وقابلية التوسع. والأولوية العاجلة هي تحديد مدى أي تدهور مادي ناجم عن هذه العملية، بدلاً من مجرد تحديد ما إذا كان الضرر قد حدث على الإطلاق. علاوة على ذلك، يخطط الفريق لاختبار ما إذا كان من الممكن توسيع نفس النهج المدعوم كيميائيًا ليشمل نطاقًا أوسع من المواد ذات الصلة. يتضمن ذلك استبدال الموليبدينوم بالتنغستن أو استبدال الكبريت بالسيلينيوم في هياكل ذات طبقات مماثلة، بهدف تقييم مدى عالمية هذه التقنية وما إذا كان يمكنها دعم فئة أوسع من مواد أشباه الموصلات من الجيل التالي.
تم النشر: 2026-06-21 13:11:00
