.Beyond Silicon: How Atom-Thin Materials Are Revolutionizing Chips

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실리콘 너머: 원자 두께의 재료가 칩을 혁신하는 방법

전이 금속 디칼코게나이드 그림

주제:2D 소재암사슴재료 과학프린스턴 플라스마 물리학 연구실반도체 Rachel KREMEN, PRINCETON PLASMA PHYSICS LABORATORY 2024년 7월 11일 전이 금속 디칼코게나이드 그림 벌크 전이 금속 디칼코게나이드의 중간 층에 있는 칼코겐 원자가 사라진 것을 예술가가 묘사한 모습. 출처: Kyle Palmer / PPPL 커뮤니케이션 부서 새로운 연구는 차세대 컴퓨터 칩의 후보물질에 대한 우리의 이해를 크게 높여줍니다.

프린스턴 플라스마 물리학 연구실의 과학자들은 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)라고 불리는 더 얇고 효율적인 재료를 개발하여 반도체 기술을 발전시키고 있습니다. 몇 개의 원자 두께에 불과한 이러한 재료는 더 작고 강력한 컴퓨터 칩으로 이어질 수 있습니다. 이 연구는 또한 이러한 재료 내의 결함의 역할을 조사하는데, 이는 재료의 전기적 특성에 영향을 미치고 잠재적으로 기능을 향상시킬 수 있습니다. 컴퓨터 칩의 진화 실리콘 컴퓨터 칩은 반세기 이상 우리에게 큰 도움이 되었습니다. 현재 판매되는 칩의 가장 작은 기능은 약 3나노미터입니다. 인간의 머리카락이 약 80,000나노미터 폭인 것을 감안하면 놀라울 정도로 작은 크기입니다.

칩의 기능 크기를 줄이면 손바닥에서 더 많은 메모리와 처리 능력에 대한 끝없는 요구를 충족하는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 표준 소재와 공정으로 달성할 수 있는 한계는 가깝습니다. 칩 소재의 혁신 미국 에너지 부 (DOE) 산하 프린스턴 플라스마 물리 연구소( PPPL )의 연구원들은 물리학, 화학 및 컴퓨터 모델링 분야의 전문 지식을 적용하여 차세대 컴퓨터 칩을 개발하고 있으며, 더 작은 기능을 갖춘 칩을 생산하는 공정 및 소재를 개발하는 것을 목표로 하고 있습니다. "우리의 모든 기존 전자 기기는 3차원 소재인 실리콘으로 만든 칩을 사용합니다. 이제 많은 회사가 2차원 소재로 만든 칩에 많은 투자를 하고 있습니다."

PPPL의 연구 물리학자 쇼아이브 칼리드가 말했습니다. 이 소재는 실제로 3차원으로 존재하지만 너무 얇아서(종종 몇 겹의 원자로만 구성됨) 과학자들은 이를 2D라고 부르기 시작했습니다. 전이 금속 디칼코게나이드: 차세대 반도체 칼리드는 PPPL의 Bharat Medasani와 델라웨어 대학의 Anderson Janotti와 함께 잠재적인 실리콘 대체재 중 하나를 연구했습니다. 이는 전이 금속 디칼코게나이드(TMD)로 알려진 2D 재료입니다. 저널 2D Materials 에 게재된 그들의 새로운 논문은 TMD의 원자 구조에서 발생할 수 있는 변화, 그 이유, 그리고 그것이 재료에 미치는 영향에 대해 자세히 설명합니다.

이러한 변화에 대한 정보는 차세대 컴퓨터 칩을 만드는 데 필요한 공정을 개선하기 위한 토대를 마련합니다. 궁극적인 목표는 응용 분야에 필요한 정확한 사양에 맞춰 제작된 TMD 기반 반도체를 만들어낼 수 있는 플라즈마 기반 제조 시스템을 설계하는 것입니다. TMD: 작은 금속 샌드위치 TMD는 3개의 원자 높이만큼 얇을 수 있습니다. 작은 금속 샌드위치라고 생각해보세요. 빵은 칼코겐 원소인 산소, 유황, 셀레늄 또는 텔루륨으로 만들어집니다. 충전물은 전이 금속 층입니다. 주기율표의 3~12족에 속하는 모든 금속입니다. 벌크 TMD는 5개 이상의 원자 층을 갖습니다. 원자는 결정 구조 또는 격자로 배열됩니다. 이상적으로는 원자가 격자 전체에 걸쳐 정확하고 일관된 패턴으로 구성됩니다. 실제로 패턴에서 작은 변화를 찾을 수 있습니다.

패턴의 한 지점에 원자가 없거나 이상한 위치에서 원자가 발견될 수 있습니다. 과학자들은 이러한 변화를 결함이라고 부르지만 재료에 유익한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어 일부 TMD 결함은 반도체를 더 전기적으로 전도성 있게 만들 수 있습니다. 좋든 나쁘든, 과학자들이 결함이 발생하는 이유와 결함이 재료에 어떤 영향을 미치는지 이해하여 필요에 따라 이러한 결함을 통합하거나 제거하는 것이 중요합니다. 일반적인 결함을 이해하면 연구자들이 과거 TMD 실험의 결과를 설명할 수도 있습니다. 칼리드는 "대량 TMD가 만들어지면 전자가 과잉입니다."라고 말하며, 연구자들은 왜 이런 과잉 음전하 입자가 존재하는지 확신하지 못했다고 덧붙였다. "이 연구에서 우리는 과잉 전자가 수소에 의해 발생할 수 있다고 설명합니다."

연구자들은 다양한 종류의 TMD 결함을 형성하는 데 필요한 에너지 양을 계산한 후 이 결론에 도달했습니다. 그들은 이전에 TMD에 존재하는 것으로 알려진 칼코겐 공석과 관련된 결함과 칩 제조 공정 중에 종종 존재하는 수소와 관련된 결함을 살펴보았습니다. 연구자들은 어떤 결함이 최소한의 형성 에너지를 필요로 하는지 알아내는 데 특히 관심이 있습니다. 이는 이러한 결함이 발생할 가능성이 높기 때문입니다. 이러한 결함이 발생하는 데 많은 에너지가 필요하지 않습니다! 그런 다음 팀은 저형성 에너지 결함 각각의 역할을 조사했습니다.

구체적으로, 그들은 각 결함 구성이 재료의 전기적 전하에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알고 싶었습니다. 연구자들은 수소와 관련된 결함 구성 중 하나가 과도한 전자를 제공하여 n형이라고 알려진 음전하 반도체 재료를 생성한다는 것을 발견했습니다. 컴퓨터 칩은 n형 반도체 재료와 양전하 또는 p형 재료의 조합을 사용하여 만들어집니다. 칼코겐 원자가 누락됨 이 모델은 원자들의 방해받지 않는 패턴의 중앙에 있는 검은색 원으로 표현된, 없어진 칼코겐 원자가 있어야 할 지점을 보여줍니다.

칼코겐 원자가 누락됨

이 보기는 TMD의 중간 층을 내려다보고 있습니다. 출처: Shoaib Khalid, Bharat Medasani 및 Anderson Janotti / PPPL 및 델라웨어 대학교

칼코겐 공석에 대한 연구 통찰력 논문에서 탐구한 다른 유형의 결함은 칼코겐 공석으로 알려져 있습니다. TMD의 유형에 따라 산소, 황, 셀레늄 또는 텔루륨 원자가 누락된 것입니다. 연구자들은 벌크 TMD 물질인 이황화 몰리브덴의 플레이크에 대한 과거 실험 결과를 설명하는 데 집중했습니다. TMD에 빛을 비추는 실험은 TMD에서 나오는 예상치 못한 빛의 주파수를 보여주었습니다. 연구자들은 이러한 예상치 못한 주파수가 칼코겐 공석과 관련된 전자의 움직임으로 설명될 수 있다는 것을 발견했습니다. 칼리드는 "이것은 일반적인 결함입니다.

그들은 TMD 필름을 성장시킬 때 주사 터널링 현미경의 이미지에서 종종 그것을 볼 수 있습니다."라고 말했습니다. "저희 연구는 벌크 TMD에서 이러한 공석의 존재를 조사하는 전략을 제공합니다. 우리는 이황화 몰리브덴에서 보여준 과거 실험 결과를 설명했고, 그런 다음 다른 TMD에 대해서도 비슷한 것을 예측했습니다." 연구자들이 제안한 프로세스는 광발광이라는 측정 기술을 사용하여 결함에 대한 TMD를 분석하여 재료에서 방출되는 빛의 주파수를 확인하는 것을 포함합니다. 빛의 피크 주파수는 TMD의 원자의 전자 구성과 칼코겐 결함의 존재를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 저널 기사에는 이황화 몰리브덴을 포함하여 칼코겐 공석이 있는 5가지 유형의 TMD에서 방출되는 주파수에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 따라서 이 결과는 향후 실험에서 칼코겐 공석을 조사하기 위한 지침을 제공합니다.

참고문헌: Shoaib Khalid, Anderson Janotti 및 Bharat Medasani의 "대량 전이 금속 디칼코게나이드의 광학 및 전기적 특성에서 칼코겐 공석 및 수소의 역할", 2024년 5월 24일, 2D Materials . DOI: 10.1088/2053-1583/ad4720 이 연구는 DOE의 보조금 DE-AC02-09CH11466과 National Science Foundation(NSF) 보조금 #OIA-2217786에 의해 지원되었습니다. 계산은 National Energy Research Scientific Computing Center(NESRC)에서 계약 번호 DE-AC02-05CH11231에 따라 NERSC 보조금 BES-ERCAP27253, Princeton University 의 Stellar 클러스터 , University of Delaware의 DARWIN 컴퓨팅 시스템을 사용하여 NSF 보조금 1919839를 사용하여 수행되었습니다.

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메모 2407120400

실리콘 너머의 원자 두께의 재료가 칩을 혁신하는 방법을 찾아낸 모양이다. 우리 우주의 표면계(우주 경계막) 사건의 지평선 msbase의 이야기이다.
공석과 전자의 움직임으로 설명된다면 실리콘의 미래가 나의 생각과 같을까? 나의 2d.msbase 두께의 공석은 n^2 깊이의 3d 깊은 터널이다. 왜 이해가 안돼? 바다의 수면이 실리콘이면 그 수면 아래의 세계가 있잖여. 그것이 msbase의 수면의 실리콘 바다의 수면이라 3d qpeoms 적층의 세계이다.
그리고 msbase.2d 바다의 깊이 qpeoms.3d를 우습게 보는데, 그 두께가 우주의 껍데기에서 지구의 관찰자의 동공 안쪽 뇌의 뉴런이라면 상상이 가나마나? 허허. 상상이 안돼? 니 ai냐? 꺼져..

그 바다의 수면 아래에는 수많은 수면들이 겹겹으로 쌓인 것으로 본다. 더이상의 수면의 전자층 이온 중첩이 n2.엔딩으로 사라질 즈음 에 바다의 표면 실리콘 msbase.2d가 나타난 것이다. 그런데 이상하게도 가장 크고 깊은 공석이 msbase.n2이다. 허허.

그유형의 결함은 칼코겐 공석(TMD)으로 알려져 있다. TMD의 유형에 따라 원소들이 완전 누락된거여. TMD에 빛을 비추는 실험은 TMD에서 나오는 예상치 못한 빛의 고유하고 강력한 임의 주입 주파수를 뻥뚫린 n2터널, n2 막장을 가진 도파관을 통해 입력 주파수의 색깔을 그대로 보여준거여. 허허. 이러한 예상치 못한 주파수가 칼코겐 공석과 관련된 전자의 움직임, qpeoms의 smolas의 분주한 지그재그 움직임으로... 설명될 수 있다는 것을 발견한거지. 허허

No photo description available.

Source 1.
We are advancing semiconductor technology by developing thinner, more efficient materials called transition metal dichalcogenides (TMDs). These materials, just a few atoms thick, could lead to smaller, more powerful computer chips. The study also investigates the role of defects within these materials, which can affect their electrical properties and potentially improve their functionality.

Silicon computer chips have served us well for more than half a century. The smallest feature on a chip sold today is about 3 nanometers. This is surprisingly small, considering that a human hair is about 80,000 nanometers wide. Reducing the chip's feature size will help meet the endless need for more memory and processing power in the palm of your hand. However, the limits of what can be achieved with standard materials and processes are close.

Another type of defect explored in the paper is known as chalcogen vacancy. Depending on the type of TMD, oxygen, sulfur, selenium, or tellurium atoms are missing. The researchers focused on explaining past experimental results on flakes of molybdenum disulfide, a bulk TMD material. Experiments shining light on TMDs have shown unexpected frequencies of light coming from TMDs. The researchers found that these unexpected frequencies could be explained by the movement of electrons associated with chalcogen vacancies.

Memo 2407120400

It appears that atom-thick materials beyond silicon have found a way to revolutionize chips. This is the story of msbase, the event horizon of our universe's surface system (space boundary membrane).
If it is explained by the movement of vacancies and electrons, will the future of silicon be the same as I think? My 2d.msbase thick vacancy is a 3d deep tunnel of n^2 depth. Why don't you understand? If the surface of the ocean is silicon, then there is a world beneath the surface. It is the surface of the silicon sea of msbase and the world of 3d qpeoms stacking.
And looking at msbase.2d ocean depth qpeoms.3d funny, can you imagine if that thickness were the neurons of the brain inside the pupil of an observer on Earth in the shell of space? haha. Can't you imagine? Are you AI? go away..

Underneath the surface of the sea, numerous water surfaces are seen to be piled up in layers. When the electronic layer ion overlap of the water disappeared to n2.ending, the surface silicon of the sea msbase.2d appeared. But strangely, the largest and deepest vacancy is msbase.n2. haha.

That type of defect is known as a chalcogen vacancy (TMD). Depending on the type of TMD, elements are completely missing. The experiment of shining light on the TMD showed the unique and powerful random injection frequency of the unexpected light coming from the TMD through an open n2 tunnel and a waveguide with an n2 membrane, showing the color of the input frequency as it is. haha. They discovered that these unexpected frequencies could be explained by the busy zigzag motion of the smolas of qpeoms, the movement of electrons associated with chalcogen vacancies. haha

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

sample pms (standard)
q0000000000
00q00000000
0000q000000
000000q0000
00000000q00
0000000000q
0q000000000
000q0000000
00000q00000
0000000q000
000000000q0

Sample msoss
zxdxybzyz
zxdzxezxz
xxbyyxzz
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca