جایگزینی مس با گرافن در مدارها، قانون مور را دور می‌زند!
فرآیند نوآورانه آنتونی پاول بلزا، بنیان‌گذار شرکت فناوری بلزا، می‌تواند نقطه عطفی در ساخت تراشه‌های الکترونیکی نسل آینده باشد.
به گزارش ماد از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، آنتونی پاول بلزا (Anthony Paul Bellezza)، مخترع و مالک شرکت فناوری‌های بلزا (Bellezza Technologies)، موفق به توسعه روشی پیشرفته برای استفاده از گرافن دوبعدی به‌عنوان جایگزینی برای مس در مدارهای مجتمع (ICs) شده است. فرآیند همجوشی گرافن که در دماهای پایین انجام می‌شود، گامی بزرگ در حل یکی از چالش‌های دیرینه صنعت نیمه‌رسانا یعنی ادغام گرافن در تراشه‌ها به‌شمار می‌رود.
بلزا در توضیح این دستاورد می‌گوید: «روش من استفاده از گرافن دوبعدی را به‌عنوان ماده اتصال‌دهنده در مدارهای نیمه‌رسانا ممکن می‌سازد. این فرآیند، پیوندی با مقاومت الکتریکی بسیار پایین و از نوع متالورژیکی میان گرافن و زیرلایه فلزی ایجاد می‌کند. این تحول، زمینه‌ساز تولید رایانه‌هایی سریع‌تر و کارآمدتر خواهد بود؛ رایانه‌هایی که دیگر به مدارهای مسی محدود نخواهند بود.»
مدارهای مسی سنتی در حال رسیدن به مرزهای فیزیکی خود هستند؛ کاهش بیشتر ضخامت آن‌ها به افزایش مقاومت الکتریکی منجر می‌شود. فرآیند گرافنی بلزا نه‌تنها این مانع را دور می‌زند، بلکه می‌تواند مسیر ادامه قانون مور (Moore’s Law) را هموار سازد.
یکی از نقاط قوت این فناوری، توانایی اجرای آن در دماهای پایین است؛ زیر ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و حتی تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد، که با محدودیت‌های حرارتی تراشه‌های CMOS سازگار است. مقاومت الکتریکی اتصالات حاصل، به گفته بلزا، «تقریباً غیرقابل‌تشخیص» است؛ موضوعی که موجب افزایش سرعت پردازش و کاهش حرارت تولیدی تراشه‌ها می‌شود.
از آنجا که گرافن رسانایی حرارتی بالایی دارد، حضور آن در ساختار مدار به پراکندگی مؤثر گرما کمک می‌کند و باعث می‌شود تراشه‌ها در دمای پایین‌تری عمل کنند؛ عاملی کلیدی که برای افزایش دوام و بهره‌وری در پردازنده‌ها و تجهیزات الکترونیکی حساس مهم است.
راز موفقیت این فرآیند در تغییر ساختار بلوری زیرلایه فلزی نهفته است. بلزا از پوشش‌های آهن/نیکل (Fe/Ni) به‌عنوان زیرلایه استفاده می‌کند و با عملیات فیزیکی مانند نورد یا تیمار سرمایشی چندثانیه‌ای، بلورهای مارتنزیتی (Martensite) در سطح ایجاد می‌شود. این بلورها هنگام گرم شدن، کربن موجود در گرافن را جذب کرده و زمینه‌ساز اتصال آلیاژی گرافن با سطح فلزی می‌شوند.
بلزا خاطرنشان می‌کند که این فرآیند برگرفته از روش‌هایی است که صدها سال در کربنیزه‌کردن فولاد استفاده شده‌اند، اما این نخستین بار است که چنین روشی در مقیاس میکرو و برای کاربرد در مدارهای الکترونیکی پیشرفته به‌کار رفته است. به‌گفته او، «اتصال ایجادشده در این روش، یک پیوند متالورژیکی واقعی است که گرافن را به زیرلایه و تراشه CMOS آلیاژ می‌کند و موجب کاهش شدید مقاومت در نقطه اتصال می‌شود.»
بلزا اشاره می‌کند که پژوهش‌های او در زمینه این نوع اتصالات بدون لحیم، از سال ۲۰۰۷ آغاز شده‌اند. در مجموع، فناوری جدید بلزا در زمینه جایگزینی مس با گرافن دوبعدی، افق‌های نوینی در ساخت پردازنده‌های سریع‌تر، کارآمدتر و خنک‌تر گشوده است. این نوآوری نه‌تنها از محدودیت‌های فنی مس عبور می‌کند، بلکه راه را برای ادغام کامل گرافن در صنعت تراشه‌سازی، آن هم با روشی اقتصادی و قابل‌پیاده‌سازی، هموار می‌سازد. آینده صنعت نیمه‌رسانا شاید به‌زودی، به‌جای خطوط مسی، بر پایه الیاف گرافنی بنا شود.
