Peneliti AS mengembangkan metode plasma berbantuan kimia untuk chip komputasi generasi berikutnya
Pembuatan transistor yang menggabungkan silikon dengan logam transisi dichalcogenides (TMDs) memerlukan proses yang sangat presisi. Insinyur hanya perlu menghilangkan atom dari lapisan belerang bagian atas sambil membiarkan lapisan di bawahnya tetap utuh. Teknik paling umum untuk melakukan hal ini bergantung pada plasma, materi terionisasi yang juga ditemukan di Matahari dan bintang, dan bidang yang dipelajari secara ekstensif selama beberapa dekade di Laboratorium Fisika Plasma Princeton. Dalam kondisi yang dikontrol dengan cermat, partikel plasma bertabrakan dengan permukaan TMD dan mengeluarkan atom belerang. Namun, proses ini memerlukan keseimbangan yang rumit – terlalu sedikit tenaga tidak akan mampu menghilangkan lapisan belerang, sementara terlalu banyak tenaga dapat merusak lapisan molibdenum di bawahnya, sehingga menurunkan kinerja material. Metode pelapisan baru dapat melindungi material transistor ultra-tipis. Mencapai penghilangan lapisan sulfur atas secara bersih tanpa merusak lapisan di bawahnya tetap menjadi tantangan manufaktur yang besar karena sempitnya jendela proses. Dengan menggunakan simulasi komputer, tim peneliti menemukan bahwa perlakuan awal Molibdenum disulfida dengan oksigen atau fluor secara signifikan meningkatkan kontrol selama proses etsa. Temuan mereka, yang diterbitkan dalam Journal of Physical Chemistry Letters, menunjukkan bahwa pelapisan permukaan secara signifikan mengurangi energi yang dibutuhkan untuk mengusir atom belerang. Pada permukaan yang tidak diberi perlakuan, menghilangkan atom belerang memerlukan sekitar 30 elektron volt, namun ambang batas tersebut turun menjadi sekitar 10 elektron volt dengan perlakuan fluor dan sekitar 14 elektron volt dengan oksigen, sehingga menurunkan risiko kerusakan lapisan yang lebih dalam. Ambang batas energi yang lebih rendah penting karena tidak semua ion plasma mencapai permukaan dengan tingkat energi yang sama; beberapa variasi tidak dapat dihindari selama proses berlangsung. Pada permukaan yang tidak diberi perlakuan, jarak antara penghilangan atom belerang dan kerusakan lapisan molibdenum di bawahnya sangatlah kecil, yang berarti beberapa ion dapat dengan mudah menyebabkan kerusakan yang tidak diinginkan. Mengurangi ambang batas penghilangan belerang menjadi sekitar 10 atau 14 elektron volt secara signifikan memperluas jendela keselamatan tersebut, memberikan produsen rentang pengoperasian yang lebih praktis di mana lapisan atas dapat dihilangkan dengan bersih sambil menjaga integritas struktural material di bawahnya. Kimia dapat meningkatkan presisi pengetsaan chip Daripada hanya bergantung pada kekuatan fisik untuk menghilangkan atom, para peneliti memperkenalkan pendekatan yang dibantu secara kimia. Ketika ion yang masuk mengenai permukaan Molibdenum disulfida yang dilapisi oksigen, dua atom oksigen bereaksi dengan atom belerang di dekatnya untuk membentuk belerang dioksida, molekul gas stabil yang dapat terlepas dan tersebar secara alami. Fluor menghasilkan efek serupa dengan menciptakan senyawa sulfur-fluor yang lebih mudah dihilangkan. Menurut penulis utama Yury Polyachenko, metode ini bekerja dengan menghasilkan produk kimia antara yang melemahkan ikatan, membuat atom belerang lebih mudah dipisahkan dari permukaan. Penelitian ini kini beralih dari pembuktian konsep menuju penilaian keandalan dan skalabilitas yang lebih rinci. Prioritas utamanya adalah mengukur tingkat degradasi material yang disebabkan oleh proses tersebut, dibandingkan sekadar menentukan apakah terjadi kerusakan atau tidak. Selain itu, tim berencana untuk menguji apakah pendekatan bantuan kimia yang sama dapat diperluas ke bahan terkait yang lebih luas. Hal ini termasuk mengganti molibdenum dengan tungsten atau mengganti belerang dengan selenium dalam struktur berlapis serupa, dengan tujuan untuk mengevaluasi seberapa universal teknik ini dan apakah teknik ini dapat mendukung kelas bahan semikonduktor generasi berikutnya yang lebih luas.
Diterbitkan : 2026-06-21 12:11:00
sumber : interestingengineering.com
