ومع ذلك، واجه الباحثون صعوبةً في دمج الجرافين في تطبيقات الحوسبة السائدة لسببين رئيسيين. أولاً، يتطلب ترسيب الجرافين درجات حرارة عالية لا تتوافق مع تصنيع الترانزستورات CMOS التقليدي. وثانياً، كثافة حاملات الشحنة في صفائح الجرافين غير المُضاف إليها الشوائب، ذات الأبعاد الكبيرة، منخفضة نسبياً.

الآن، تدعي شركة Destination 2D، وهي شركة ناشئة مقرها ميلبيتا، كاليفورنيا، أنها قد حلت هاتين المشكلتين. فقد أظهر فريق Destination 2D تقنية لترسيب وصلات الجرافين على رقائق الكمبيوتر عند درجة حرارة 300 درجة مئوية، وهي درجة حرارة لا تزال مناسبة لعمليات تصنيع CMOS التقليدية. كما طوروا طريقة لإضافة الشوائب إلى صفائح الجرافين، مما يوفر كثافات تيار أعلى بمئة مرة من النحاس، وفقاً لما ذكره كاوشاف بانيرجي، المؤسس المشارك ورئيس قسم التكنولوجيا في Destination 2D.

يقول بانيرجي: “لقد حاول الناس استخدام الجرافين في تطبيقات متنوعة، لكن في مجال الإلكترونيات الدقيقة السائدة، أي تقنية CMOS، لم يتمكنوا من استخدامها حتى الآن”.

لا تقتصر شركة Destination 2D على السعي وراء وصلات الجرافين ثنائية الأبعاد. تايوان للصناعات المتقدمة و سامسونج تعملان أيضًا على تطوير هذه التكنولوجيا. ومع ذلك، يزعم بانيرجي أن Destination 2D هي الشركة الوحيدة التي أظهرت ترسيب الجرافين مباشرةً فوق رقائق الترانزستورات، بدلاً من نمو الوصلات بشكل منفصل وربطها بالرقاقة بعد ذلك.

ترسيب الجرافين في درجة حرارة منخفضة

تم عزل الجرافين لأول مرة في عام 2004، عندما فصل الباحثون صفائح الجرافين عن قطع الجرافيت بسحبها بواسطة شريط لاصق. وقد اعتُبر المادة واعدة للغاية، لدرجة أنَّ هذا الإنجاز حصد جائزة نوبل في عام 2010. (حصل كونستانتين نوفوسيلوف، الحاصل على جائزة نوبل، على منصب كبير العلماء في Destination 2D).

<>قامت شركة Destination 2D الناشئة بتطوير أداة متوافقة مع تقنية CMOS قادرة على ترسيب وصلات الجرافين على مستوى رقاقة السيليكون.Destination 2D

ترسيب البخار الكيميائي، حيث يتم ترسيب غاز الكربون على مادة أساسية ساخنة. وعادةً ما تتطلب هذه العملية درجات حرارة أعلى بكثير من درجة الحرارة القصوى لحرارة التشغيل، حوالي 400 درجة مئوية، المستخدمة في تصنيع دوائر متكاملة.

يستخدم Destination 2D تقنية ترسب مباشرة بمساعدة الضغط مُطورة في مختبر بانيرجي بجامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا. وتُستخدم هذه التقنية، التي يُطلق عليها بانيرجي اسم انتشار الطور الصلب بمساعدة الضغط، باستخدام طبقة معدنية تضحية مثل النيكل. توضع طبقة التضحية فوق رقاقة الترانزستور، ويوضع مصدر من الكربون فوقها. ثم، باستخدام ضغط يتراوح ما بين 410 و 550 كيلوباسكال (60 إلى 80 رطل لكل بوصة مربعة)، يُجبر الكربون على المرور خلال المعدن المُضحّي، ويُعيد تركيبه في طبقات متعددة نظيفة من الجرافين أسفله. تُزال طبقة المعدن المُضحّي بعد ذلك ببساطة، تاركة الجرافين على الرقاقة للاستخدام في التصميم. تعمل هذه التقنية عند درجة حرارة 300 درجة مئوية، وهي درجة حرارة منخفضة بما يكفي لتجنب إتلاف الترانزستورات أسفلها.

تعزيز كثافة تيار الجرافين

بعد نقش وصلات الجرافين، تُعالج طبقات الجرافين لتخفيض المقاومة وزيادة قدرتها على حمل التيار. تستخدم فريق Destination 2D تقنية تعالج تسمى الإدخال، حيث تُوزّع ذرات المُعالجة بين صفائح الجرافين.

يمكن أن تختلف ذرات المُعالجة – ومن الأمثلة كلوريد الحديد، والبروم، والليثيوم. وبمجرد زرعها، تُهدي المُعالجات الإلكترونات (أو نظائرها في المادة، ثقوب الإلكترونات) إلى صفائح الجرافين، مما يسمح بكثافات تيار أعلى. يقول بانرجي: “كيمياء الإدخال موضوع قديم جدًا. نحن فقط نجلب هذا الإدخال إلى الجرافين، وهذا جديد.”

يُعد هذا الأسلوب مُتميزًا بتُفوقٍ واعدٍ؛ فبخلاف النحاس، مع تصغير روابط الجرافين، تزداد قدرتها على حمل التيار. وذلك لأن تقنية الإدخال بين الطبقات تصبح أكثر فعالية مع الخطوط الأرق. ويُجادل بانيرجي بأن هذا سيُمكن أسلوبهم من دعم العديد من أجيال تقنيات أشباه الموصلات في المستقبل.

أظهرت Destination 2D أسلوبهم في روابط الجرافين على مستوى الرقاقة، كما طوروا أدوات لترسيب الحجم الكبير من الوافر، والتي يمكن تنفيذها في مرافق التصنيع. ويُتوقع منهم العمل مع مصاهر الشرائح لتنفيذ تقنيتهم لأغراض الأبحاث والتطوير، وفي نهاية المطاف، الإنتاج.

المصدر: المصدر