برای سالها، مسابقه ساخت تراشههای کامپیوتری سریعتر و کارآمدتر به یک تجهیزات واحد به نام EUV وابسته بوده است. این سیستم بسیار پیچیده برای تولید پیشرفتهترین تراشههای سیلیکونی به کار گرفته میشود. بااینحال، چین به دلیل محدودیتهای صادراتی تا حد زیادی از اجازه دسترسی به این فناوری محروم شده که این موضوع مانعی بزرگ برای جاهطلبیهای نیمههادی آن ایجاد کرده است. اکنون، یک استارتاپ مستقر در شانگهای به نام Yuanjiwei از نخستین خط تولید آزمایشی ۸ اینچی اختصاصیافته به نیمههادیهای دوبعدی (۲D) جهان رونمایی کرده که میتواند در نهایت اجازه دهد تراشههای پیشرفته با استفاده از مواد و روشهای ساخت کاملاً متفاوت تولید شوند.
محققان Yuanjiwei ماده جدیدی اختراع نکردهاند، بلکه یک فرایند صنعتی ایجاد کردهاند که قادر است تحقیقات آزمایشگاهی را به تراشههای واقعی تبدیل کند. به گفته این شرکت، خط آزمایشی جدید آن کل زنجیره تولید، از آمادهسازی مواد نیمههادی دوبعدی گرفته تا ادغام آنها در دستگاههای نهایی را پوشش میدهد.
مطالعات قبلی نشان دادهاند که از مواد دوبعدی میتوان برای ساخت دستگاههای الکترونیکی با عملکرد بالا استفاده کرد و محققان اخیراً رویکردهایی را در سطح ویفر برای رشد و ساخت این مواد فوقالعاده نازک به نشان دادن گذاشتهاند. بااینحال، این تلاشها عمدتاً بر اثبات کارکرد این فناوری متمرکز بوده و نه ایجاد یک خط لوله کاملاً فعال. تبدیل نمونههای آزمایشگاهی به یک فرایند تولید تکرارپذیر نیازمند حل چالشهای اضافی، از جمله آمادهسازی مواد، ساخت دستگاه و یکپارچهسازی تراشه است.
Yuanjiwei میگوید خط آزمایشی ۸ اینچی جدیدش برای وارد کردن این شکاف با کنار هم قرار دادن مراحل متعدد تولید تراشه روی یک سکوی نرمافزاری واحد طراحی شده است. این شرکت فراتر از آن در نظر دارد که از این پایگاه تولیدی برای توسعه فرایندهای پیشرفته استفاده کند و در نهایت بدون تکیه بر لیتوگرافی EUV، تا سال ۲۰۲۹ به فناوری تراشه معادل ۵ نانومتر دست پیدا کند. این تلاشها بخشی از یک حرکت گستردهتر توسط چین برای یافتن مسیرهای جایگزین در تولید نیمههادیهای پیشرفته است.
این کشور پس از با مواجهه با محدودیتهای ایالات متحده در اجازه دسترسی به برخی از پیشرفتهترین ابزارهای تراشهسازی جهان، سرمایهگذاری سنگینی در تحقیقات تراشه انجام داده است. آنها دانشگاهها، آزمایشگاههای تحت حمایت دولت، سازندگان تجهیزات و شرکتهای نیمههادی را گرد هم میآورند تا وابستگی به فناوریهای خارجی را کاهش دهند. یک منبع ناشناس با دانش مستقیم از پروژه مخفی EUV گفت:
«هدف این است که چین در نهایت بتواند تراشههای پیشرفته را روی ماشینهایی بسازد که کاملاً ساخت چین هستند.»
توسعه صنعت نیمههادی با عبور از محدودیتهای سیلیکون
این اعلامیه از آن جهت اهمیت دارد که صنعت نیمههادی درحال برخورد با یک مشکل اساسی است. برای دههها، سازندگان تراشه عملکرد پردازندهها را با کوچکتر کردن ترانزیستورها بهبود دادهاند. بااینحال، چون این قطعات به ابعاد اتمی نزدیک میشوند، ساخت آنها دشوارتر و گرانتر از گذشته میشود. تولید در این ابعاد نیز از نشت الکتریکی ناخواسته رنج میبرد؛ جایی که جریان حتی زمانی که یک ترانزیستور قرار است خاموش باشد، همچنان برقرار میماند. این نشت باعث اتلاف انرژی و تولید گرما میشود. پژوهشگران در سراسر جهان درحال بررسی کردن جایگزینهایی برای سیلیکون معمولی بودهاند و مواد دوبعدی به عنوان یکی از نویدبخشترین گزینهها ظاهر شدهاند.
نیمههادیهای دوبعدی از موادی ساخته شدهاند که تنها یک یا چند اتم ضخامت دارند. برخلاف سیلیکون معمولی که یک ساختار کریستالی سهبعدی را تشکیل میدهد، الکترونها در مواد دوبعدی در درجه اول در یک لایه فوقالعاده نازک حرکت میکنند که نام «دوبعدی» آنها نیز از همین جا گرفته شده است. به دلیل این ساختار منحصربهفرد، ترانزیستورهای دوبعدی میتوانند عملکرد الکتریکی قوی را حتی در مقیاسهای بسیار کوچک حفظ کنند؛ یعنی دقیقاً جایی که کنترل دستگاههای سیلیکونی معمولی به طور فزایندهای دشوار میشود.
با وجود هیجان پیرامون نیمههادیهای دوبعدی، کارشناسان هشدار میدهند که عملیات موفق تجاری اصلاً تضمینشده نیست. ساخت تراشه یکی از پیچیدهترین فرایندهای صنعتی جهان است. متخصصان این صنعت که در مراسم رونمایی Yuanjiwei حضور داشتند ریپورت دادند و تأکید کردند که هیچ شرکتی ناتوان است نیمههادیهای دوبعدی را به تنهایی تجاری کند، زیرا همه بخشهای زنجیره تأمین باید با هم رشد کنند و بالغ شوند.
