حققت كوريا الجنوبية تقدمًا كبيرًا في ترانزستورات البيروفسكايت من النوع p، والتي من المتوقع استخدامها في ذاكرة DRAM لحوسبة الذكاء الاصطناعي.

حقق فريق بحثي من كوريا الجنوبية اختراقًا في مجال أشباه الموصلات، حيث نجح في تطوير ترانزستورات بيروفسكايت من النوع p ذات أداء واستقرار محسّنين بشكل كبير، مما قد يحل المشكلة الأساسية التي طالما أعاقت تطوير رقاقات منخفضة الطاقة وعالية الأداء، ويفتح مسارات جديدة لأجهزة الذاكرة من الجيل التالي مثل ذاكرة DRAM المكدسة عموديًا للحوسبة بالذكاء الاصطناعي.

ووفقًا لتقرير صحيفة "كوريا هيرالد" يوم الخميس، أعلن فريق البحث بجامعة بوهانغ للعلوم والتكنولوجيا (POSTECH) بقيادة البروفيسور نوه يونغ-يونغ أن الترانزستور البيروفسكايتي من النوع p الذي طوروه، القائم على غشاء من السيزيوم-قصدير-يود (CsSnI₃)، حقق حركة حاملات شحنة موجبة تتجاوز 50 سم²/فولت·ثانية، ونسبة تيار تشغيل/إيقاف تتجاوز 100 مليون (10⁸)، وهو أعلى مستوى عالمي لترانزستورات البيروفسكايت من النوع p. وقد نُشرت نتائج البحث في المجلة العلمية الدولية المرموقة "نيتشر" (Nature).

يتمثل الاختراق الأساسي لهذه الدراسة في حل مشكلة الاستقرار الجوي التي طالما واجهتها أشباه الموصلات البيروفسكايتية القائمة على القصدير - حيث يمكن للجهاز الجديد العمل بثبات في الهواء لأكثر من 4 ساعات، والحفاظ على أدائه الأولي لأكثر من شهر تحت ظروف تسريع الشيخوخة عند 100 درجة مئوية، بينما كانت الأجهزة المماثلة سابقًا تتعطل في غضون دقائق في الهواء.

وذكر فريق البحث أن هذه النتائج ستسرّع عملية التطبيق العملي لترانزستورات البيروفسكايت الرقيقة من النوع p في الدوائر المتكاملة، ولها أهمية كبيرة في مجالات مثل ذاكرة DRAM المكدسة عموديًا للحوسبة بالذكاء الاصطناعي، ودوائر تشغيل الشاشات من الجيل الجديد، والأجهزة القابلة للارتداء.

الترانزستورات من النوع p: أحد "أكبر عشرة تحديات مستقبلية" في مجال أشباه الموصلات

الترانزستور هو الوحدة الأساسية المكونة للرقاقة، وينقسم إلى نوع n الذي ينقل الإلكترونات ونوع p الذي ينقل الشحنات الموجبة (الفجوات التي تتركها الإلكترونات). يعتمد تحقيق أشباه موصلات عالية الأداء ومنخفضة الطاقة على توازن أداء النوعين، لكن تحسين أداء الترانزستورات من النوع p كان دائمًا صعبًا للغاية، وقد أدرجته وزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات الكورية كأحد "أكبر عشرة تحديات مستقبلية في مجال أشباه الموصلات".

لطالما اعتُبرت مواد البيروفسكايت القائمة على القصدير مرشحة لحل هذه المشكلة نظرًا لنقلها السلس للشحنات الموجبة وأدائها الذي ينافس أشباه الموصلات الأكسيدية الحالية. ومع ذلك، فإن عيبها الأكبر هو حساسيتها الشديدة للهواء: تتأكسد أيونات القصدير غير المتفاعلة (Sn²⁺) المتبقية على سطح المادة بسرعة عند ملامستها للهواء، مما ينتج عددًا كبيرًا من العيوب التي تعيق تدفق الشحنات، مما يؤدي إلى تدهور حاد في أداء أشباه الموصلات.

استراتيجية "إعادة التركيب السطحي المتطاير" تكسر عنق الزجاجة في الاستقرار

طرح فريق نوه يونغ-يونغ حلاً أطلق عليه "إعادة التركيب السطحي المتطاير".

بعد معالجة سطح شبه الموصل CsSnI₃ بخلات البوتاسيوم (KAc)، تتحول أيونات القصدير غير المتفاعلة التي كانت تسبب تدهور الأداء إلى مركب متطاير هو خلات القصدير الثنائي (Sn(Ac)₂)، وتتبخر بشكل طبيعي في الهواء. بعد مغادرة أيونات القصدير، يتشكل يوديد البوتاسيوم (KI) تلقائيًا في الموقع، مكونًا "طبقة حماية ذاتية" تحمي شبه الموصل من التآكل البيئي الخارجي.

يؤدي هذا الإجراء إلى خفض كبير في جهد العتبة للجهاز، وتحقيق حركة حاملات شحنة موجبة تتجاوز 50 سم²/فولت·ثانية، ونسبة تيار تشغيل/إيقاف تصل إلى 10⁸ وما فوق. من حيث الاستقرار، يمكن للجهاز الجديد العمل بشكل مستمر في الهواء لأكثر من 4 ساعات، والحفاظ على أدائه الأولي لأكثر من شهر تحت ظروف تسريع الشيخوخة عند 100 درجة مئوية، وهو قفزة نوعية في الاستقرار مقارنة بالأجهزة المماثلة السابقة.

آفاق التطبيق: ذاكرة AI، تشغيل الشاشات، والأجهزة القابلة للارتداء

قال البروفيسور نوه يونغ-يونغ إن هذه هي المرة الأولى عالميًا التي تُنشر فيها نتائج بحثية حول ترانزستورات البيروفسكايت الرقيقة من النوع p في مجلة "نيتشر"، وذلك بفضل الدعم المستمر من شركة سامسونج ديسلاي ووزارة العلوم وتكنولوجيا المعلومات والاتصالات الكورية على مدى ست سنوات.

وأشار إلى أن هذا البحث حل مشكلة الاستقرار المنخفض التي طالما عانت منها أشباه الموصلات البيروفسكايتية القائمة على القصدير، مما سيدفع نحو إثبات الاستقرار طويل الأمد لترانزستورات البيروفسكايت الرقيقة من النوع p وتطبيقها في الدوائر المتكاملة. على صعيد التطبيقات، يمكن لهذه التقنية أن تصبح أساسًا مهمًا للتقنيات الأساسية لصناعة الإلكترونيات المستقبلية، مثل أجهزة ذاكرة DRAM المكدسة عموديًا للحوسبة بالذكاء الاصطناعي، ودوائر تشغيل الشاشات من الجيل الجديد، والأجهزة القابلة للارتداء، وأجهزة أشباه الموصلات عالية التكامل.

بيان المخاطر وإخلاء المسؤولية

        السوق يحمل مخاطر، ويجب توخي الحذر في الاستثمار. لا تشكل هذه المقالة نصيحة استثمارية شخصية، كما لا تأخذ في الاعتبار أهداف استثمارية خاصة أو ظروف مالية أو احتياجات لأي مستخدم معين. يجب على المستخدمين النظر فيما إذا كانت أي آراء أو وجهات نظر أو استنتاجات في هذه المقالة تتناسب مع ظروفهم الخاصة. الاستثمار بناءً على ذلك يتم على مسؤوليتهم الخاصة.