โตเกียวศึกษาสร้างสารกึ่งตัวนำ BCN ชั้นเดียวบนแผ่นเวเฟอร์ 2 นิ้ว

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียวสร้างฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำโบรอน-คาร์บอน-ไนโตรเจน (BCN) หนาหนึ่งชั้นอะตอมให้สม่ำเสมอทั่วแผ่นเวเฟอร์เส้นผ่านศูนย์กลาง 2 นิ้ว และยืนยันการทำงานของทรานซิสเตอร์ได้

ผลการวิจัยเผยแพร่ในวารสาร Nature เมื่อวันที่ 30 กันยายน งานนี้สร้างวัสดุสารกึ่งตัวนำสองมิติชนิด p หนาประมาณ 0.6 นาโนเมตรบนพื้นที่ขนาดใหญ่ โดยปรับเส้นทางปฏิกิริยาของโมเลกุลตั้งต้นเพื่อให้โบรอน คาร์บอน และไนโตรเจนจัดเรียงเป็นโครงสร้างผลึกอย่างสม่ำเสมอ

BCN เป็นวัสดุที่ประกอบด้วยโบรอน คาร์บอน และไนโตรเจน นักวิจัยค่อย ๆ ป้อนคาร์บอนลงบนผลึกโบรอนไนไตรด์ซึ่งไม่นำไฟฟ้า เพื่อลดการรวมตัวเป็นก้อนของอะตอมคาร์บอน พร้อมควบคุมจังหวะปฏิกิริยาของโมเลกุลตั้งต้นให้ธาตุทั้งสามกระจายตัวสม่ำเสมอภายในผลึก

ทีมวิจัยสร้างทรานซิสเตอร์แบบสนามไฟฟ้าจากฟิล์มบาง บทความใน Nature ระบุค่าความคล่องตัวของประจุที่วัดได้ 100 ตารางเซนติเมตรต่อโวลต์ต่อวินาที และอัตราส่วนกระแสเปิดต่อปิดที่ 10⁸ ส่วนมหาวิทยาลัยโตเกียวระบุว่า คุณสมบัติของอุปกรณ์ 224 ชิ้นที่ผลิตจากการเติบโตของฟิล์ม 3 รอบที่แตกต่างกันมีความสม่ำเสมอ

ผลการศึกษานี้เพิ่มตัวเลือกวัสดุชนิด p สำหรับสารกึ่งตัวนำสองมิติ วงจรลอจิกสองมิติต้องใช้ทั้งสารกึ่งตัวนำชนิด n ซึ่งนำพาอิเล็กตรอน และชนิด p ซึ่งนำพาโฮล บทความอธิบายใน Nature ระบุว่าการขาดแคลนวัสดุชนิด p ประสิทธิภาพสูงยังเป็นโจทย์ของการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์สองมิติแบบ CMOS

ABMedia รายงานโดยอ้างข่าวจาก Nikkei ว่า TSMC เริ่มสนับสนุนงานวิจัย และมีเป้าหมายสร้างวัสดุบนเวเฟอร์ 12 นิ้วราวปี 2031 เนื้อหานี้เป็นรายงานแยกจากผลการทดลองบนแผ่นเวเฟอร์ 2 นิ้วที่ระบุในบทความวิจัยและประกาศของมหาวิทยาลัยโตเกียว

งานวิจัยมีนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียว สถาบันวัสดุศาสตร์แห่งชาติญี่ปุ่น มหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวัน มหาวิทยาลัยแห่งชาติหยางหมิงเจียวทง และสถาบันวิจัยกลางเข้าร่วม ผลที่ยืนยันได้ในการศึกษานี้คือฟิล์มบาง BCN ที่สม่ำเสมอบนแผ่นเวเฟอร์ 2 นิ้วและการทำงานของทรานซิสเตอร์