تائیوان کی نیشنل یانگ منگ چیاؤ ٹونگ یونیورسٹی (NYCU) اور TSMC کارپوریٹ ریسرچ کے محققین نے 0.42 نینو میٹر موٹا ایک ایسا انٹرفیس تیار کیا ہے جو اگلی نسل کے ٹرانزسٹرز میں ایک اہم رکاوٹ کو ختم کر دیتا ہے۔
MoS2 ٹرانزسٹر کے مسئلے کا حل
ایک دہائی سے زیادہ عرصے سے صنعت مولیبڈینم ڈائی سلفائیڈ (MoS2) کو سلیکون کے متبادل کے طور پر دیکھ رہی ہے۔ اس کی باریکی چھوٹے، تیز رفتار اور زیادہ توانائی بچانے والے ٹرانزسٹرز کا وعدہ کرتی ہے۔ تاہم، "گیٹ ڈائی الیکٹرک" (gate dielectric) کے مسئلے نے پیش رفت کو روک رکھا ہے۔ جب انسولیٹنگ تہہ باریک ہوتی ہے، تو سیمی کنڈکٹر کے ساتھ اس کی سرحد غیر مستحکم ہو جاتی ہے، جس سے نقص (defects)، خلا اور برقی بے ترتیبی پیدا ہوتی ہے جو کارکردگی کو مفلوج کر دیتی ہے۔ محققین عام طور پر نئے انسولیٹرز کی تلاش کرتے ہیں؛ اس کے بجائے NYCU-TSMC ٹیم نے خود اس سرحد (boundary) کو دوبارہ سے ڈیزائن کیا۔
0.42 نینو میٹر کی جدت
Nature Electronics میں شائع ہونے والے ایک مقالے میں، ٹیم نے لیئرنگ کے ایک ایسے عمل کی وضاحت کی ہے جو ایٹمی تبدیلی (atomic transition) کو ہموار کرتا ہے۔ انہوں نے ایک مونو لیئر MoS2 ویفر سے آغاز کیا، اس پر ایک ایپٹی ٹیکسئل ایلومینیم فلم چڑھائی اور اسے وہیں آکسیڈائز کر دیا، جس سے صرف 0.42 نینو میٹر موٹا ایلومینیم آکسائیڈ بفر تیار ہوا۔ یہ بفر دو کام کرتا ہے: یہ ہائی-κ ہافنیم آکسائیڈ گیٹ ڈائی الیکٹرک کو یکساں طور پر بڑھنے کے لیے ایک ہموار بنیاد فراہم کرتا ہے، اور یہ سیمی کنڈکٹر کو ناپسندیدہ برقی تعاملات سے بچاتا ہے۔ نتیجے کے طور پر تیار ہونے والے ٹرانزسٹرز تقریباً ایک نینو میٹر کی مساوی آکسائیڈ موٹائی، کم لیکیج کرنٹ اور تقریباً نہ ہونے کے برابر ہسٹریسس (hysteresis) ظاہر کرتے ہیں، اس لیے ڈیوائس سگنلز پر قابل پیش گوئی کے مطابق ردعمل دیتی ہے۔
ویفر اسکیل مینوفیکچرنگ کی طرف پیش قدمی
اہم بات یہ ہے کہ محققین نے مونو لیئر MoS2 کو کیمیکل ویپر ڈیپوزیشن (CVD) کے ذریعے تیار کیا، جو کہ بڑے علاقوں کو کوٹ کرنے کا صنعتی معیاری طریقہ ہے۔ CVD کے ذریعے تیار شدہ مواد پر ایٹمی انٹرفیس کا مظاہرہ کرنا ٹو ڈائمینشنل (2D) الیکٹرانکس کو حقیقی دنیا کی ویفر اسکیل پیداوار کی طرف لے جاتا ہے۔ "نئی مصنوعات تلاش کرنے" سے "انٹرفیس کی انجینئرنگ" کی طرف یہ تبدیلی مستقبل کے مائیکرو چپس کے ڈیزائن کے تصور کو بدل کر رکھ دے گی۔
بھارت کے لیے اس کے کیا معنی ہیں
یہ پیش رفت بھارت کے سیمی کنڈکٹر مشن اور اس کی اسٹریٹجک خودمختاری کے لیے بہت اہمیت رکھتی ہے۔
- ٹیکنالوجیکل بینچ مارکنگ: بھارت کے انڈیا سیمی کنڈکٹر مشن (ISM) کو سلیکون سے MoS2 جیسے 2D میٹریلز کی طرف منتقلی پر نظر رکھنی چاہیے۔ R&D کو انٹرفیس پر مبنی انجینئرنگ کے ساتھ ہم آہنگ کرنا بھارتی لیبارٹریوں کو پیچھے پڑنے سے بچائے گا۔
- سپلائی چین اور اسٹریٹجک انحصار: ہائی اینڈ سیمی کنڈکٹرز میں تائیوان کا غلبہ مزید گہرا ہو رہا ہے۔ بھارت کو صرف اسمبلی اور ٹیسٹنگ (OSAT) کی صلاحیتوں سے زیادہ کی ضرورت ہے؛ اسے ایسی ڈیپ ٹیک تحقیق پر توجہ دینی چاہیے جو اگلی نسل کی میٹریل سائنس میں مقابلہ کر سکے۔
- ڈیجیٹل انفراسٹرکچر کو مستقبل کے لیے تیار کرنا: جیسے جیسے بھارت AI اور ہائی پرفارمنس کمپیوٹنگ کا دائرہ کار بڑھا رہا ہے، توانائی بچانے والے چپس کی طلب میں اضافہ ہوگا۔ MoS2 ٹرانزسٹر کی ترقی پر نظر رکھنا بھارت کو ہارڈ ویئر کی ضروریات کی منصوبہ بندی کرنے اور سلیکون کے بعد کے دور میں ڈیجیٹل خودمختاری کے تحفظ میں مدد دے گا۔
TSMC اور نیشنل یانگ منگ چیاؤ ٹونگ یونیورسٹی نے 0.42 نینو میٹر کا ایٹمی پیمانے کا انٹرفیس تیار کیا ہے جو MoS₂ ٹرانزسٹرز میں گیٹ ڈائی الیکٹرک کی رکاوٹ کو ختم کرتا ہے، یہ ایک ایسا قدم ہے جو ٹو ڈائمینشنل (2D) چپس کو ویفر اسکیل پیداوار تک لا سکتا ہے۔ یہ پیش رفت اس لیے اہم ہے کیونکہ یہ اس آخری بڑی رکاوٹ کو دور کرتی ہے جو ایٹمی طور پر باریک میٹریلز کو رفتار، سائز اور توانائی کی کارکردگی میں سلیکون کا مقابلہ کرنے سے روکتی ہے۔
گیٹ ڈائی الیکٹرک کا مسئلہ جس نے 2D چپس کو روک دیا
ایک دہائی سے زیادہ عرصے سے MoS₂—جو کہ ایک ایٹم جتنا باریک سیمی کنڈکٹر ہے—کو سلیکون کے متبادل کے طور پر پیش کیا جا رہا ہے۔ اس کی باریکی تیز سوئچنگ اور کم لیکیج کا وعدہ کرتی ہے۔ یہ وعدہ اس وقت ختم ہو گیا جب مینوفیکچررز نے اس انسولیٹنگ "گیٹ ڈائی الیکٹرک" کو چھوٹا کرنے کی کوشش کی جو ٹرانزسٹر کو کنٹرول کرتا ہے۔ جیسے جیسے وہ تہہ باریک ہوئی، MoS₂ کرسٹل کے ساتھ اس کی سرحد نقص (defects) سے بھر گئی، جس سے برقی بے ترتیبی اور غیر متوقع رویہ پیدا ہوا۔ صنعت نے نئے انسولیٹرز کی تلاش کی، لیکن کوئی بھی ایٹم جتنے باریک چینل پر صاف اور یکساں انٹرفیس بنانے میں کامیاب نہ ہو سکا۔
ایک ایٹمی بفر جو تبدیلی کو ہموار کرتا ہے
ٹیم نے طریقہ کار بدل دیا: ایک بہتر انسولیٹر کی تلاش کے بجائے، انہوں نے انٹرفیس کو دوبارہ سے ڈیزائن کیا۔ CVD کے ذریعے تیار شدہ MoS₂ کی مونو لیئر سے آغاز کرتے ہوئے، انہوں نے ایک ایپٹی ٹیکسئل ایلومینیم فلم چڑھائی اور اسے وہیں آکسیڈائز کر دیا، جس سے 0.42 نینو میٹر کا ایلومینیم آکسائیڈ بفر تیار ہوا۔ یہ انتہائی باریک تہہ دو کام کرتی ہے۔ پہلا، یہ ہائی-κ ہافنیم آکسائیڈ گیٹ ڈائی الیکٹرک کو یکساں طور پر بڑھنے کے لیے ایک ہموار اور کیمیائی طور پر مطابقت پذیر سطح فراہم کرتی ہے۔ دوسرا، یہ MoS₂ چینل کو ڈائی الیکٹرک کے ساتھ براہ راست برقی تعامل سے بچاتی ہے، جس سے ان نقصات کی تشکیل رک جاتی ہے جنہوں نے پچھلی کوششوں کو ناکام بنایا تھا۔
اس اسٹیک نے تقریباً ایک نینو میٹر کی مساوی آکسائیڈ موٹائی حاصل کی، جبکہ لیکج کرنٹ کو کم ترین سطح پر رکھا اور ہائسٹیریس (hysteresis) کو ختم کیا، جو کہ سگنل کے ردعمل کو مسخ کرنے والی تاخیر ہے۔ مختصراً یہ کہ، ٹرانزسٹر نے وولٹیج کی پوری حد میں قابلِ پیش گوئی انداز میں کام کیا۔
لیبارٹری کے فلیکس سے ویفر اسکیل تک کا وعدہ
اس کام کی جو بات اسے منفرد بناتی ہے وہ MoS₂ کی تہہ اگانے کے لیے CVD کا استعمال ہے۔ CVD بڑے سبسٹریٹس پر یکساں فلمیں چڑھانے کے لیے ایک بنیادی تکنیک ہے، یہی وہ طریقہ ہے جو آج کل کے سلیکان فیبز (fabs) میں استعمال ہوتا ہے۔ CVD کے ذریعے اگائی گئی مٹیریل پر ایٹمی انٹرفیس کا مظاہرہ یہ ظاہر کرتا ہے کہ یہ عمل، اصولی طور پر، علیحدہ چپس سے آگے بڑھ کر مکمل ویفرز تک پھیلایا جا سکتا ہے۔
محققین نے معیاری ایپی ٹیکٹیکل گروتھ (epitaxial growth) اور آکسیڈیشن کے مراحل کا بھی استعمال کیا جو موجودہ فیب ٹول کٹس کے مطابق ہیں۔ اس کے لیے کسی غیر معمولی آلات یا انتہائی اعلیٰ ویکیوم چیمبرز کی ضرورت نہیں ہے جو کہ ایک معروف فاؤنڈری کے پاس پہلے سے موجود نہ ہوں۔ یہ مطابقت TSMC جیسی فاؤنڈری کے لیے اس طریقے کو اپنی پروڈکشن لائنز میں شامل کرنے کی رکاوٹ کو کم کرتی ہے۔
یہ پیش رفت تائیوان سے باہر کیوں اہمیت رکھتی ہے
یہ کامیابی کسی بھی ایسی قوم کے لیے ایک واضح پیغام ہے جو مستقبل کے لیے تیار سیمی کنڈکٹر ایکو سسٹم بنا رہی ہے۔ بھارت جیسے ممالک کے لیے، جو اپنے مقامی سیمی کنڈکٹر مشن میں بھاری سرمایہ کاری کر رہے ہیں، یہ کام ایک نیا معیار قائم کرتا ہے: کامیابی کا انحصار تیزی سے صرف سلیکان نوڈز کو اسکیل کرنے پر نہیں، بلکہ ایٹمی سطح پر انٹرفیس انجینئرنگ میں مہارت حاصل کرنے پر ہوگا۔
- ٹیکنالوجی کا ہم آہنگ ہونا – وہ R&D پروگرام جو انٹرفیس کے معیار کو حل کیے بغیر صرف بلک مٹیریل کی بہتری کے پیچھے بھاگتے رہتے ہیں، ان کے پیچھے رہ جانے کا خطرہ ہے۔
- سپلائی چین کی اہمیت – یہ عمل ایلومینیم، ہافنیم اور معیاری آکسیڈیشن کے مراحل پر انحصار کرتا ہے، جو تائیوان کے ڈیپ ٹیک (deep-tech) فائدے کو تقویت دیتا ہے اور ساتھ ہی متنوع مٹیریل ذرائع کی ضرورت کو بھی اجاگر کرتا ہے۔