مقدمة إلى انفصام موليبدينوم في 2D الإلكتروني

وقد برزت كوارث متحركة (MoS2) كمواد رائدة في مجال العمل السريع المتطور للأجهزة الإلكترونية الثنائية الأبعاد (D2) حيث إن هناك نظاماً متطوراً للتحكم في المواد الكيميائية، وهو ما يتيح استخدام أجهزة قياسية متطورة ذات طابع ميكانيكي مرن، وأجهزة مركب ميكانيكية مجهزة خصيصاً للأشعة دون الصدر، وتحتوي على هيكل ميكانيكي واحد مُعد.

Properties of MoS2

ويخضع السلوك الكهربائي لجهاز " موس 2 " لهيكل قطاع الطرق وآليات النقل الناقلة والاستجابة للميادين الخارجية، ويعتبر فهم هذه الممتلكات الأساسية أمرا أساسيا لتصميم أجهزة إلكترونية موثوقة من نوع 2 دال.

هيكل الفرقة والطبيعة شبه الموصلة

أما النشرة رقم 2 فهي عبارة عن موصل نصفي غير مباشر له فجوة تبلغ نحو 1.2 خام، ولكن عندما تُرفع إلى مبيد واحد، فإن المادة تخضع أيضاً للانتقال إلى نطاق مباشر يتراوح بين 1.8 و1.9 كيلوغرام، بسبب العزل الكمي والتغيرات في التحلل الهجيني المداري، وهو ما يتيح استخدام أجهزة التسريب والانبعاث ذات الكفاءة في الأشعة فوق البنفسجية، مما يجعل المقياس الضوئي 2 مناسباً للأجهزة.

آليات التنقل والنقل

وتنقل الناقلات في موز-2 أقل عادة من حركة الغرافيين أو شبه الموصلات التقليدية مثل السيليكون، وتتراوح السلاسل الإلكترونية المبلَّغ عنها بين 50 و200 سم2/خامساً؛ وتصل إلى هياكل النقل الإلكترونية المكشوفة على المضبوطات الفرعية " سي أو 2 " ، بينما تصل العينات المعلّقة من البستق إلى 500 سم2/V.

الأداء العالي/النسبة والتسويق

ويكبح الفارق الواسع للجهاز الاحتكاري MS2 بطبيعة الحال توليد الناقل الحراري، مما يؤدي إلى تيارات خارج الولايات في نطاق البيكومبيير وإلى ارتفاع نسبة القوى العاملة إلى 108 أجهزة مصممة جيداً، وهذا الجمع من تقلبات منخفضة الكلفة ومعتدلة في الوقت الراهن، يتيح تقلبات المهابط إلى أقل من 60 متراً مربعاً/درجة في درجة حرارة الغرفة، ويقترب من الحد الأقصى للطاقة الحرارية().

Layer — Dependent Conductivity

ومع ازدياد عدد الطبقات، فإن الحزمة تضيق وتتحول من مباشرة إلى غير مباشرة، فعلى سبيل المثال، يوجد في نظام الرصد المتعدد المؤشرات رقم 2 مجموعة غير مباشرة من حوالي 1.6 في المائة، في حين أن خمسة أفلام مصغرة تظهر مجموعة من المقاييس تقارب 1.3 في المائة.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على السلوك الكهربائي

ويمكن لعدة عوامل خارجية وداخلية أن تغير الخواص الكهربائية لجهاز " موس 2 " ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى تعقيد عملية صنع الأجهزة وإعادة إنتاج الأداء.

الآثار والنقائص

وقد كانت العيوب الهيكلية، مثل شواغر الكبريت، والتداخل بين الدودينيوم، وحدود الحبوب شائعة في كل من الموزّع المستخرج والمركب 2، وهذه العيوب تخلق شراك متوسطة الحجم تلتقط ناقلات الشحن، وتخفض تركيز الناقل وتنقله الفعليين، وتعاني شواغر الكبريت من الضرر بصفة خاصة لأنها تعمل كدول مانحة، وتخفض مستوى التحلل وتزيد من التسرب النسيب النسيب خارج الولاية.

التفاعلات الفرعية

ومن ثم فإن المقاييس الفرعية الأساسية تؤثر تأثيراً عميقاً على السلوك الكهربائي لجهاز الدفع المتحرك 2، وتضع رسوماً للشراكات وتقدّم أسطحاً تقريبية تبعث على الناقلات، ويمكن أن تؤدي المقاييس الغذائية العالية مثل HfO2 وA2O3 تحسين مراقبة البوابات والحد من التفرق، كما أنها تستحدث شراكاً تؤثر على استقرار التكتلات العتيقة.

الظروف البيئية

ويتسبب التعرض للهواء المحيط في تدهور الممتلكات الكهربائية التي يسببها جهاز الدفع الموسّط 2 بمرور الوقت، كما أن الأشعة فوق السطحية للجرذين والماء، مما يستحدث آثاراً على التدفئة من نوع البينة والفخ السطحي، ويحول الفولط العتلي ويزيد من الهيستيروس، كما أن التعرض المطوّل يمكن أن يُسجّد المادة، ويُشكل أكسيدات من الموصلات التي تُزيل جودة الوصلات.

Dielectric Environment

ويحدّ من تأثير الاختلالات المحملة على الطاقة الملزمة والتنقل على الناقل، ومن ثم، فإن البيئة المرتفعة التي تمر بأزمة الديوية (مثلاً، بتغطية السوائل الأيونية أو المقاييس الغذائية العالية) تؤدي إلى الحد من تأثير الاختلالات المحملة، وإلى تعزيز التنقل، والحد من حجم الكم، غير أنها تزيد أيضاً من الضوضاء المتأصلة بين المقاييس.

أجهزة التدفئة

وتسمح الخصائص الكهربائية الفريدة لجهاز " موس-2 " بطائفة متنوعة من الأجهزة الإلكترونية والبصرية التي تستفيد من طابعها شبه الموصل، والمرونة الميكانيكية، والاستقرار الكيميائي.

مترجمون ميدانيون

كما أن المحركات المتطورة (MS2) هي أكثر الأجهزة دراسة، حيث قام الباحثون، باستخدام قناة موحّدة أو عدد قليل من القنوات، بإثبات مترجمين ذوي معدلات عالية في الوصلات (106-108)، وتقلّص من التأرجح تحت الأرض (60-80 متراً/ديك)، وتيارات الدفع التنافسي التي يتراوح بين 100 و300 ميكروغرام في أجهزة الميكانيكية القصيرة.

محررو المطبوعات والتصوير الضوئي

كما أن الضمادات المباشرة للمحتكر MS2 تولد تفاعلا قويا في مجال الضوء، حيث تم استيعاب نسبة ⁇ 5 في المائة لكل مواليد عبر الطيف المرئي، كما أن أجهزة التصوير الضوئي التي تستند إلى " MoS2 " ، وهي تحمل مسؤوليات تتجاوز 1 A/W تحت التحيز المنخفض، وفترات الاستجابة إلى ثواني صغيرة، ويمكن للمترجمين أن يحققوا مكاسب عالية في إنتاج الصور الفوتوغرافية بواسطة ناقلات الضوئية وناقلات الأخرى التي تمتد إلى عمر 2

أجهزة الاستشعار

كما أن السلوك الكهربائي للحركة المتوسطة المدى 2 يتسم بدرجة عالية من الحساسية تجاه الجزيئات المُحتضنة، مما يجعلها منصة فعالة للمستشعرات الكيميائية والبيولوجية، كما أن أجهزة الاستشعار من نوع " موز-2 " تُظهر حساسية عالية تجاه المادة 2، ودرجة الحرارة 3، ودرجة الرطوبة في درجة حرارة الغرفة، مع حدود الكشف في نطاق البوليومات المحتوية على مركبات الكربون، وهي عوامل تؤدي إلى زيادة القدرة على الشحن بين أجهزة الكشف عن المعادن المحتوية على التحللة (Mal) وأجهزة (GS2.

الإلكترونيات المرنة والقابلة للتحرير

وقد جعلت المرونة الميكانيكية والشفافية البصرية للجهاز الاحتكاري (أكثر من 90 في المائة من الشفافية الواضحة) من المرشح القوي للجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء والتطابقية.() وقد أثبتت نظم المعلومات المالية المتوسطة والتابعة للبوليمر (مثلاً، نظام التوحيد القياسي، البوليميد) أن تصمد أمام التلقيم المائي إلى 1 ملم، بينما تحافظ على تواتر الأداء الأصلي بنسبة 90 في المائة.

استراتيجيات تعزيز الممتلكات الكهربائية

وعلى الرغم من وعدها، يجب تحسين الأداء الكهربائي لدائرة الخدمات العامة من أجل تلبية متطلبات التطبيقات الصناعية، وقد وضعت عدة استراتيجيات لمعالجة مسائل التنقل والاتصال والعيوب.

Doping and Alloying

ويتحكم في نوع الناقل والتركيز بصورة غير دستورية، ويزيد من التركيز الإلكتروني بنسبة تصل إلى 1019 سم3، ويحسن الانتقال إلى مرحلة النشوء، ويقلل من التنقل بسبب زيادة الارتداد، ويسمح بضبط مسارات الشحن السطحي باستخدام نماذج الأشعة غير المميتة (النوع الثاني من نوع النيتروز)

الهندسة الهيتروبية

ويجمع هيكل فان دير والس الهيل بين موز-2 ومواد أخرى من نوع دي للتغلب على القيود الجوهرية التي يفرضها، ويقلل التعبئة من طراز MoS2 في شبكة هكوم بنز من التفرق دونسترات، بينما يستخدم تركيبات من نوع آخر من أجهزة الاتصال ذات الترددات المنخفضة، ويسمح للهياكل التضاريسية من النوع الثاني بالظواهر التي تنطوي على تضخم ذروي في الأجهزة ذات الطابع الفوتوغرافي(2).

شركة نفط

ويمكن استخدام إدخال عيوب أو شواغر خاضعة للمراقبة في تلازم الممتلكات الكهربائية، ويمكن ملء شواغر السلفور عن طريق الأنسالات المميتة، وشفاء المواد وتحسين التنقل بمعامل يتراوح بين اثنين وأربعة. وعلى العكس من ذلك، فإن الخلق المتعمد للشواغر عن طريق معالجة البلازما يمكن أن يزيد النشاط الحفاز للأجهزة الاستشعارية من طراز MoS2.

الاتصالات الهندسية

وتمثل مقاومة الاتصال العالية في واجهة المعادن - الموز-2 عقبة رئيسية، وتشمل النهج الرامية إلى خفضها استخدام أكواد الاتصال بالجملة من طراز MoS2 (تسميك القناة بصورة انتقائية تحت الكهروديس)، ونشر معادن منخفضة الأداء (مثلاً، الأشعة المقطعية، والتيتانيوم) للاتصالات من النوع غير المتجانس، وإضافة مقاومة للرسوم البيانية أو المعادن من حيث الترميز إلى ما دون المستوى المتوسط.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

وفي حين أن وزارة الأمن الوطني قدمت وعدا استثنائيا، يجب التغلب على عدة تحديات قبل نشرها تجاريا على نطاق واسع في الإلكترونيات 2D.

الحد من التنقل والتغير

أما أعلى التعبئة المبلغ عنها بالنسبة للنموذج 2 (500 سم2/V) في العينات المعلَّقة، و200 سم2/V) في حالة التلقيح المائي، فهي لا تزال أقل حجماً من تلك التي تستخدمها أجهزة الفوسفور الأسود أو الجاين، وهذا يقيِّد التطبيقات التي تتطلب تحويلاً عالي السرعة، مثل أجهزة الإيثر الثنائي الفينيل الرباعي، والقابلية للتأثر من العينة إلى أساليب الصنع غير الخاضعة للمراقبة.

Large — Area Synthesis and Uniformity

ومعظم أجهزة الاستنشاق ذات الأداء العالي مصنوعة باستخدام التكتل الميكانيكي للبلورات الطبيعية، التي لا تنتج سوى ذباب صغيرة (كثير من الميكرومترات) وتحلل البخار الكيميائي وأجهزة التكتل المتطورة ذات الجودة الفلزية (MMOCVD) يمكن أن تنتج أفلاماً متماثلة للأشعة فوق البلورية، ولكنها كثيراً ما تعاني من كثافة عالية من العيوب، وحدود، ونوعية غير واضحة.

التكامل مع تكنولوجيا السيليكون

وبالنسبة للأجهزة الالكترونية العملية، يجب إدماج نظام " مورس-2 " في الهياكل الأساسية الحالية لشبكة السيليكون، ويشمل ذلك تجهيزات منخفضة الحرارة، ومواءمة طبقات نظام " موكس 2 " ، وربط المستويات المنطقية للتكامل 3D، ووضع طبقات للمنطق من طراز MoS2 على رأس " CMOS " ، وهو طريق طموح ولكنه واعد لتوسيع نطاق قانون مور، ويجب معالجة قضايا الميزانية الحرارية والاختلافات في مجال المعالم.

القابلية للتصنيع والتصنيع

ويستلزم الانتقال من العزلة المتطورة إلى الصناعة التحويلية معالجة ونقل وضبط مواد من الـ 2 دال آلياً، ويجري تطوير تقنيات النقل التي تتجنب مخلفات البوليمر (مثلاً باستخدام شريط الإطلاق الحراري أو التصفية المائية) وتستلزم عملية التوليف ذات الـ 200 2 دال عمليات أكثر لطفاً لتجنب حدوث عيوب في هذا المجال، وفي نهاية المطاف، فإن القدرة الاقتصادية على إنتاج أجهزة الوصلات المتوسطة الحجم (MS2) تتوقف على

خاتمة

أما الأنقاض المتحركة فتتمثل في المواد المجهزة طبقاً لمجموعتها المتوازنة من السلوك شبه الموصل، والمرونة الميكانيكية، واستقرار البيئة، وتزيد خصائصها الكهربائية، بما في ذلك نطاقها المباشر، وارتفاع نسبة الوصل/القابلية للتنقل، وتزيد من درجة الحرارة العالية، وتزيد من سرعة التكوين المتحرك، وتتجاوز أوجه القصور في التصميم الالكتروني، وتبدوا حساسة للغاية.

For further reading on the electrical behavior of molybdenum disulfide in 2D electronics, see:]