يتغلب العلماء على اختناق كهربائي كبير في الجيل التالي من أشباه الموصلات

قد يتم حل إحدى أكبر العقبات التي تحد من الجيل التالي من رقائق الكمبيوتر.

لقد كشف تقلص رقائق الكمبيوتر عن مشكلة مستعصية: حتى عندما يكون بمقدور أشباه الموصلات نقل الكهرباء بكفاءة، فإن إدخال تلك الكهرباء إلى المادة يمكن أن يؤدي إلى إهدار الطاقة وإبطاء الجهاز.

لقد أظهر الباحثون في كوريا الجنوبية الآن طريقة ممكنة للتغلب على هذه العقبة. يسمح تصميمها للتيار الكهربائي بالانتقال بسلاسة من منطقة موصلة إلى منطقة شبه موصلة دون عبور الوصلة التقليدية بين مادتين منفصلتين. كما قام الفريق أيضًا برسم خريطة مباشرة لحركة الشحنات على مقياس النانومتر، مما يوفر دليلًا تجريبيًا على أن الواجهة الجديدة لا تعطل التيار.

يمكن أن يدعم هذا التقدم تطوير إلكترونيات أصغر وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، بما في ذلك معالجات الذكاء الاصطناعي، والأجهزة منخفضة الطاقة، والرقائق المنطقية المستقبلية.

قاد البحث البروفيسور سيونج بوم هونغ كايستقسم علوم وهندسة المواد، بالتعاون مع البروفيسور كيبوم كانغ في KAIST وفريق البروفيسور سونغ بيوم تشو في جامعة سونغكيونكوان.

لماذا تعيق مقاومة التلامس الرقائق الأصغر حجمًا؟

تعتمد الترانزستورات الحديثة على أقطاب كهربائية معدنية لتوصيل الكهرباء إلى أشباه الموصلات. ومع ذلك، فإن الحدود التي تلتقي فيها تلك المواد يمكن أن تقاوم حركة الشحنات الكهربائية. تستهلك مقاومة التلامس هذه الطاقة، وتنتج الحرارة، وتحد من مقدار الأداء الذي يمكن للمهندسين الحصول عليه عن طريق جعل الترانزستورات أصغر حجمًا.

المشكلة مهمة بشكل خاص بالنسبة للثنائي الأبعاد أشباه الموصلات. يمكن أن تكون هذه المواد بسماكة طبقة ذرية واحدة أو بضع طبقات فقط، مما يجعلها جذابة للإلكترونيات التي قد تحتاج في النهاية إلى العمل بأبعاد تتجاوز الحدود العملية للسيليكون التقليدي. ومع ذلك، فإن رقتها الشديدة تجعل من الصعب أيضًا إنشاء اتصالات كهربائية فعالة دون الإضرار بأشباه الموصلات أو تغييرها.

وبدلاً من وضع قطب معدني منفصل أعلى شبه الموصل، أنشأ الباحثون مناطق موصلة وشبه موصلة داخل ورقة واحدة متصلة من ثنائي سيلينيد البلاتين (PtSe₂).

يعد PtSe₂ مفيدًا بشكل خاص لهذا النهج لأن سلوكه الإلكتروني يتغير بتغير السُمك. يمكن أن تعمل المناطق السميكة كشبه معدن، بينما تعمل المناطق الرقيقة كشبه موصل. وهذا يسمح ببناء وظائف إلكترونية مختلفة من نفس المادة الأساسية بدلاً من ضم مادتين غير مرتبطتين معًا.

كان الهيكل الناتج متجانسًا، مما يعني أن فيلم PtSe₂ استمر عبر الحدود دون انقطاع مادي. من حيث المبدأ، ينبغي لهذا الاتصال السلس أن يمنح الشحنات طريقًا مباشرًا أكثر إلى أشباه الموصلات، ويتجنب بعض المقاومة الناتجة عن التلامسات المعدنية التقليدية.

مشاهدة التدفق الحالي في مقياس النانو

ولاختبار ما إذا كان ذلك يحدث بالفعل، استخدم الفريق مجهر القوة الذرية (AFM). تقوم هذه التقنية بتحريك مسبار دقيق للغاية عبر السطح لقياس خصائصه الفيزيائية والكهربائية بمقاييس صغيرة جدًا.

قام الباحثون بدمج هذا النهج مع الكشف عن التيار داخل المستوى، مما سمح لهم برسم خريطة لكيفية انتقال الشحنات من القسم شبه المعدني إلى القسم شبه الموصل من فيلم PtSe₂. ونشرت الدراسة في المجلة موضوع.

وأظهرت الصور أن التيار استمر عبر الحدود دون أن يتم حجبه أو إجباره على الابتعاد عن مساره. وفقًا للباحثين، يعد هذا أول دليل تجريبي مباشر على أن نقل الشحنة يمكن أن يظل دون انقطاع عبر هذا النوع من الواجهة المتجانسة من شبه المعدن إلى أشباه الموصلات.

نحو شرائح ذكاء اصطناعي أسرع وأكثر كفاءة

وقام الفريق أيضًا بتطبيق مجال كهربائي على المنطقة شبه الموصلة ونجح في التحكم في مرور التيار عبر الجهاز. وأظهرت هذه النتيجة أن الهيكل يمكن أن يفعل أكثر من مجرد توصيل الكهرباء. ويمكنه أيضًا أداء وظيفة التبديل المطلوبة في الإلكترونيات المعتمدة على الترانزستور.

لا يزال التصميم يواجه تحديات في الموثوقية وتكامل الدوائر والتصنيع على نطاق واسع. ومع ذلك، فإنها تقترح استراتيجية جديدة واعدة: إنشاء كل من الاتصال وأشباه الموصلات من مناطق مختلفة من نفس المادة ثنائية الأبعاد.

المرجع: “التصوير النانوي لنقل الشحنة عبر واجهة شبه المعدن وأشباه الموصلات في ثنائي سيلينيد البلاتين المتآلف” بقلم يونج يو كيم، ومينسيونج جيون، وجي هون هونج، وسيونج مون إيوم، وكونوو بارك، وهونجسيك بارك، وهاي يون لي، وسونج بوم تشو، وكيبوم كانج، وسيونجبوم هونج، 12 يونيو 2026، موضوع.
دوى: 10.1016/j.matt.2026.102873

تم دعم هذا البحث من قبل برنامج أبحاث STEAM وبرنامج تطوير تكنولوجيا المواد النانوية التابع لوزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات والمؤسسة الوطنية للبحوث في كوريا.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.