Ин таҳқиқот дар муқобили ҳудудҳои физикии торафт душвортари транзисторҳои асосёфта ба кремний аз ҷиҳати хурдсозӣ ва самаранокии энергетикӣ селенидҳои индийро, махсусан маводҳои дученакаи InSe ва In₂Se₃-ро барои электроникаи каммасрафи насли нав арзёбӣ мекунад. Мувофиқи ҷамъбасти адабиёти илмии муаллифон, InSe бо ҳаракатнокии электронии беш аз 1000 cm²V⁻¹s⁻¹ дар ҳарорати хона, суръати баланди гармии ҳомилон аз 2 × 10⁷ cm/s зиёд ва массаи самараноки электронии пасти тақрибан 0,12 m₀ барои транзисторҳои дорои каналҳои хеле кӯтоҳ ва ҳатто наздик ба режими интиқоли баллистикӣ диққатҷалбкунанда аст. In₂Se₃ бошад, аз сабаби якҷо кардани рафтори нимноқилӣ бо қутбиши ферроэлектрикӣ барои хотираи ғайрифаромӯшшаванда, logic-in-memory ва сахтафзори нейроморфӣ бартарии дигаре пешниҳод мекунад.

Хусусияти муҳими оилаи маводҳои индий–селен танҳо ҳаракатнокии баланд нест. InSe ва In₂Se₃ метавонанд вобаста ба фазаҳои кристаллӣ, тартиби қабатгузорӣ ва ғафсӣ хосиятҳои электронии хеле гуногун нишон диҳанд. Дар селенидҳои индийи баррасишуда дар манбаъ фосилаҳои энергетикӣ тақрибан 0,97–2,5 eV-ро фаро мегиранд. Ҳангоми кам кардани ғафсии InSe аз сохтори bulk то якқабата, фосилаи энергетикӣ метавонад аз тақрибан 1,2–1,4 eV то тақрибан 2,4 eV афзоиш ёбад. Ҳамин тавр, дар як оилаи асосии мавод бо муҳандисии фаза, қабатгузорӣ ва ғафсӣ хосиятҳои электрониро танзим кардан мумкин мегардад.

Яке аз намунаҳои қавитарини мантиқӣ, ки дар манбаъ таъкид шудааст, транзистори баллистикии InSe бо канали 10 nm мебошад. Дар ин дастгоҳ тақрибан 6 mS транскондуктанс ва зичии баланди ҷараён гузориш шудааст; нишон дода шудааст, ки суръати баланди гармии InSe метавонад дар каналҳои ултракӯтоҳ барои кам кардани парокандашавӣ бартарӣ диҳад. Бо вуҷуди ин, массаи пасти самараноки электрон метавонад ихроҷи tunneling байни source ва drain-ро зиёд кунад, бинобар ин кори баланд худ аз худ маънои ихроҷи пастро надорад.

Дар бахши хотира, фазаҳое монанди α-In₂Se₃ ба шарофати он ки қутбиши ферроэлектрикии онҳо бо майдони барқӣ баръакс гардонда мешавад, метавонанд ҳамчун маводи канал барои дастгоҳҳое истифода шаванд, ки пас аз қатъи барқ ҳолати худро нигоҳ медоранд. Таҳқиқот транзисторҳои майдонии нимноқили ферроэлектрикии асосёфта ба In₂Se₃, пайвастҳои нимноқили ферроэлектрикӣ ва ҳолатҳои бисёрсатҳаи муқовиматро аз нуқтаи назари хотира, синапси сунъӣ ва ҳисоббарорӣ дар дохили хотира арзёбӣ мекунад.

Аммо паёми асосии Perspective ин нест, ки “маводи омода барои иваз кардани кремний пайдо шуд”. Монеаҳои асосӣ нигоҳ доштани стехиометрияи дилхоҳи In–Se дар истеҳсоли масоҳати калон, пешгирии омехташавии фазаҳои гуногуни кристаллӣ, кам кардани сарҳадҳои дона ва нуқсонҳои нуқтавӣ, pinning-и сатҳи Ферми дар контактҳои металлӣ ва махсусан ҳассосияти InSe ба оксиген ва намӣ мебошанд. Дар намунаҳои баландсифати InSe-и бо роҳи механикӣ ҷудошуда ҳаракатнокии тақрибан 10³ cm²V⁻¹s⁻¹ дида мешавад, дар ҳоле ки дар плёнкаҳои тунуки синтезшуда қиматҳои маъмулӣ метавонанд то тақрибан 1–10 cm²V⁻¹s⁻¹ паст шаванд; ин фарқи байни рекордҳои лабораторӣ ва истеҳсоли оммавиро равшан нишон медиҳад.

Аз нуқтаи назари Туркия, таҳқиқот мустақиман хатти маҳаллии истеҳсоли нимноқил ё дастгоҳи InSe/In₂Se₃-и дар Туркия таҳияшударо намеомӯзад. Бо вуҷуди ин, он барои таҳқиқоти нимноқилҳои дученака, наноэлектроника, хотираи ферроэлектрикӣ ё транзисторҳои насли нав харитаи роҳи қавии маводиро пешниҳод мекунад. Барои он ки гурӯҳи таҳқиқотии Туркия ин натиҷаҳоро ба рушди технология табдил диҳад, бояд сифати плёнка дар миқёси wafer, муқовимати контакт, муҳофизат аз оксидшавӣ, мутобиқат бо равандҳои CMOS, устуворӣ ва ҳамгироии воқеии схема дар шароити истеҳсолии худ алоҳида тасдиқ карда шаванд.

Чаро берун аз кремний маводҳои нави канал ҷустуҷӯ мешаванд?

Бо хурд шудани андозаи транзисторҳои кремний, назорати электростатикӣ, ҷараёнҳои ихроҷ, зичии қувва ва масрафи энергия аз ҳаракати маълумот ба масъалаҳои муҳандисии бештар намоён табдил меёбанд. Нимноқилҳои дученакаи аз ҷиҳати атомӣ тунук бо ғафсии чанднанометрӣ метавонанд назорати электростатикии gate бар каналро қавӣ карда, таъсирҳои канали кӯтоҳро маҳдуд созанд.

Таҳқиқот таъкид мекунад, ки хусусияти фарқкунандаи InSe аз бисёр дихалкогенидҳои металҳои гузариши дученака танҳо тунукии атомӣ нест. Массаи пасти самараноки электрон дар банди гузаронандагии InSe, суръати баланди ҳомилон ва ҳаракатнокии баланд махсусан вақте муҳим мешаванд, ки дарозии физикии канал хеле хурд аст.

Чаро суръати гармӣ ин қадар муҳим аст?

Дар манбаъ суръати гармии электронҳо тақрибан бо ифодаи зерин вобаста карда мешавад:

\[ v_{th} = \sqrt{ \frac{\pi k_B T} {2m_e} } \]

Ин ифода истифода мешавад. Дар ин ҷо \(k_B\) доимии Болтсман, \(T\) ҳарорат ва \(m_e\) массаи самараноки электрон аст. Кам шудани массаи самаранок дар ҳамон ҳарорат суръати баланди гармии ҳомилонро имкон медиҳад.

Барои InSe массаи самараноки электронии тақрибан 0,12 m₀ ва суръати гармии тақрибан 2,4 × 10⁷ cm/s оварда мешавад. Ин суръат метавонад дар транзисторҳое, ки канали кофӣ кӯтоҳ ва контактҳои хуб тарҳрезишуда доранд, ба электронҳо имкон диҳад, ки бе парокандашавии зиёд аз фонон ё нуқсон аз канал гузаранд.

Интиқоли баллистикӣ чист?

Дар транзистори классикии канали дароз ҳомилон ҳангоми гузаштан аз канал бо фононҳо, нуқсонҳо ва дигар механизмҳои парокандашавӣ бисёр ҳамтаъсир мешаванд. Вақте дарозии канал ба масофаи хоси парокандашавии ҳомил наздик мешавад, электрон метавонад бо парокандашавии хеле кам аз канал гузарад; ин режим интиқоли баллистикӣ номида мешавад.

Расми 3-и манбаъ гузариши баллистикиро дар InSe FET-и канали кӯтоҳ бо интиқоли классикии парокандашаванда паҳлу ба паҳлу нишон медиҳад. Ҳамин расм ballistic InSe FET, InSe/Si tunneling FET, муайянкунии flat-band ва сохтори InSe/BP ballistic avalanche-ро дар панелҳои ҷудогона муқоиса мекунад.

Чаро транзистори 10 nm InSe муҳим аст?

Дар яке аз таҳқиқоти таҷрибавии қаблӣ, ки Perspective ба он такя мекунад, тақрибан InSe бо ғафсии 2,4 nm ва дарозии канал 10 nm истифода шуда, FET-е таҳия шудааст, ки ба режими интиқоли баллистикӣ наздик мешавад. Барои кам кардани муқовимати контакт аз тағйири фазае истифода шудааст, ки бо легиронии Y ба вуҷуд омадааст.

Манбаъ барои ин дастгоҳ тақрибан 75 mV/dec subthreshold swing ва тақрибан 6 mS транскондуктанс-ро таъкид мекунад. Дар бахши муқаддимавии Perspective барои ҳамин платформа тақрибан 1,2 mA/µm зичии ҷараён ва маълумоти \(V_{DD}=0,5\) V низ дода мешавад.

Инҳо натиҷаҳои аз нав ченшуда дар ин Perspective нестанд; онҳо натиҷаҳои таҳқиқоти дастгоҳии қаблан нашршуда мебошанд.

Оё массаи пасти самаранок камбудӣ дорад?

Бале. Ҳамон массаи пасти самараноки электрон ҳаракати босуръати ҳомилро дастгирӣ мекунад, аммо ҳамзамон эҳтимоли quantum tunneling байни минтақаҳои source ва drain-и канали хеле кӯтоҳро зиёд мекунад. Ин метавонад ҳангоми хомӯш будани транзистор ба ҷараёни ихроҷи номатлуб оварда расонад.

Аз ҳамин сабаб Perspective танҳо то ҳадди имкон тунук кардани канали InSe-ро тавсия намедиҳад. Аз сабаби quantum confinement, бо кам шудани ғафсӣ фосилаи энергетикӣ ва сохтори самараноки электронӣ тағйир меёбанд, аз ин рӯ ғафсии канал бояд байни ихроҷ ва суръати баланд оптимизатсия карда шавад. Диэлектрикҳои High-k ва геометрияҳои gate-all-around низ ҳамчун роҳҳои беҳтар кардани назорати электростатикӣ нишон дода мешаванд.

Ғафсӣ сохтори бандии InSe-ро чӣ гуна тағйир медиҳад?

Дар Box 2-и манбаъ таъсири quantum confinement ба таври муфассал шарҳ дода мешавад. Bulk InSe метавонад фосилаи мустақими тақрибан 1,2 eV дошта бошад, аммо вақте ғафсӣ то чанд қабати атомӣ кам мешавад, фосилаи энергетикӣ зиёд мегардад. Дар ҳадди якқабата тақрибан 2,4 eV мерасад ва сохтори бандӣ ғайримустақим мешавад.

Дар минтақаи тақрибан 4–6 қабат ҷойи максимуми банди валентӣ дар фазои импулс метавонад тағйир ёбад. Дар ҳадди якқабата пайдо шудани дисперсияи ҳамвортаре, ки дар атрофи банди валентӣ ҳамчун “camelback” тавсиф мешавад, метавонад ба падидаҳои гуногуни физикӣ, аз ҷумла Van Hove singularity ва массаи самараноки вазнини сӯрохӣ, роҳ кушояд.

Чаро фазаҳои гуногуни селенидҳои индий муҳиманд?

InSe бештар бо фазаҳои β, ε ва γ ва In₂Se₃ бо фазаҳои α, β ва β′ баррасӣ мешавад. Вақте тарзи ҷойгиршавии атомҳо дар дохили қабат ва байни қабатҳо тағйир меёбад, гурӯҳи фазоӣ, симметрияи инверсия, фосилаи энергетикӣ ва рафтори ферроэлектрикӣ низ метавонанд тағйир ёбанд.

Ин барои муҳандисии мавод бартарӣ аст, зеро аз як системаи химиявӣ вазифаҳои электронии гуногун гирифтан мумкин аст. Ҳамзамон барои истеҳсол камбудӣ аст, зеро полиморф ё нуқсонҳои қабатгузории номатлуб метавонанд аз дастгоҳ ба дастгоҳ тағйири хосиятҳоро ба вуҷуд оранд.

Чаро In₂Se₃ барои хотираи ферроэлектрикӣ диққатҷалбкунанда аст?

Маводи ферроэлектрикӣ қутбиши худҷӯши барқӣ дорад, ки ҳатто пас аз бардошта шудани майдони берунии барқӣ боқӣ мемонад ва бо майдони мувофиқ баръакс карда мешавад. Дар α-In₂Se₃ дуршавии атомҳои марказии Se аз мавқеи идеалии centrosymmetric имкон медиҳад, ки қутбиши берун аз ҳамворӣ ба вуҷуд ояд.

Манбаъ ба адабиёте диққат медиҳад, ки барои α-In₂Se₃ тақрибан 700 K ҳарорати Curie гузориш шудааст. Аз назари Perspective, ин қимат барои дастгоҳҳои ферроэлектрикие, ки устуворӣ дар ҳарорати баланд талаб мекунанд, ҷолиб аст.

“sliding ferroelectricity” дар InSe чист?

Дар баъзе сохторҳои бисёрқабатаи InSe ҳолати ферроэлектрикӣ на танҳо бо ҷойивазкунии атомҳо дар дохили ячейкаи воҳид, чунон ки дар ферроэлектрикҳои классикӣ аст, балки бо лағжиши уфуқии қабатҳои ҳамсояи van der Waals нисбат ба ҳамдигар тағйир ёфта метавонад.

Дар Box 1-и манбаъ ба таври схемавӣ нишон дода мешавад, ки ҳаракати лағжиш байни ҳолатҳои гуногуни қабатгузорӣ, аз ҷумла ABC, ABA ва CBA, метавонад қутбишро ба ҳолатҳои +P, сифр ва −P гузаронад. Ин механизм метавонад ҳолатҳои бисёрсатҳаи зинамонанди қутбишро имконпазир созад.

Оё селенидҳои индий метавонанд дар як мавод ҳам мантиқ ва ҳам хотираро таъмин кунанд?

Ин яке аз дидгоҳҳои асосии Perspective аст. InSe бо ҳаракатнокии баланд ва рафтори транзистории баллистикӣ барои қабати мантиқӣ ва In₂Se₃ бо қутбиши ферроэлектрикиаш барои хотираи ғайрифаромӯшшаванда арзёбӣ мешавад. Илова бар ин, sliding ferroelectricity-и баъзе фазаҳои InSe метавонад вазифаҳои мантиқ ва хотираро боз ҳам наздиктар кунад.

Пешбинии дарозмуддати муаллифон сохторҳои монолитии сеченакаест, ки дар онҳо транзисторҳои нанометрии InSe дар қабати поён вазифаи мантиқиро иҷро мекунанд ва дар қабати боло массивҳои транзистор ё пайвастҳои ферроэлектрикии In₂Se₃ нигоҳдории ғайрифаромӯшшаванда ва амалиёти analog multiply-accumulate-ро иҷро мекунанд. Ин пешниҳоди меъмории оянда аст; таҳқиқот чунин системаи ҳамгирошударо истеҳсол ва санҷиш накардааст.

Пайвасти нимноқили ферроэлектрикии In₂Se₃ чӣ гуна кор мекунад?

Дар ferroelectric tunnel junction-и классикӣ электронҳо ба таври квантӣ аз монеаи тунуки изолятории ферроэлектрикӣ tunneling мекунанд. Азбаски In₂Se₃ нимноқил аст, интиқол дар пайвастҳои нимноқили ферроэлектрикӣ метавонад ба тағйир додани монеаи Schottky тавассути қутбиш асос ёбад.

Расми 4-и манбаъ нишон медиҳад, ки бо тағйири самти қутбиш баландии самараноки монеаи Schottky ва дар натиҷа муқовимати ҳолатҳои on/off чӣ гуна тағйир меёбад. Дар адабиёт барои сохторҳои FSJ-и асосёфта ба In₂Se₃ таносубҳои on/off то тақрибан 10⁴–10⁵ гузориш шудаанд.

FeSFET чист?

Дар Ferroelectric Semiconductor Field-Effect Transistor хусусияти ферроэлектрикӣ бевосита дар худи канали нимноқил мавҷуд аст. Ҳамин тавр, ба ҷойи диэлектрики ҷудогонаи gate-и ферроэлектрикӣ дар FeFET-и классикӣ, канали In₂Se₃ метавонад ҳам вазифаи интиқоли барқ ва ҳам қутбиши ғайрифаромӯшшавандаро иҷро кунад.

Самти қутбиш зичии ҳомилон ва ноқилияти каналро тағйир медиҳад. Нигоҳ доштани қутбиш пас аз қатъи барқ ба транзистор имкон медиҳад, ки ҳолати барномарезии қаблиро “дар хотир” нигоҳ дорад.

Бартарии канали ферроэлектрикии дученака чӣ буда метавонад?

Perspective ба мушкили таъсири майдони деполяризатсия ба retention дар FET-ҳои ферроэлектрикии классикӣ диққат медиҳад. Дар канали нимноқили ферроэлектрикии атоман тунук, қобилияти ҳомилони ҳаракаткунанда барои экран кардани зарядҳои қутбиш ва набудани dangling bond дар интерфейси van der Waals метавонад ин мушкилро сабуктар кунад.

То чӣ андоза ин бартарӣ дар дастгоҳҳои воқеӣ нигоҳ дошта мешавад, ба ғафсии диэлектрик, сифати контакт, зичии ҳомилон ва зичии нуқсонҳо вобаста аст.

Суръат ва устувории хотира дар чӣ сатҳанд?

Дар яке аз намунаҳои In₂Se₃ FeSFET, ки дар манбаъ баррасӣ шудааст, тақрибан 40 ns вақти коммутатсия гузориш шудааст. Дар дигар сохторҳои дастгоҳ 100 ns, 1 s ё қиматҳои ченнашуда мавҷуданд. Аз ин рӯ, истифодаи як қимати умумӣ ба шакли “суръати хотираи In₂Se₃ 40 ns аст” дуруст нест.

Ба ҳамин монанд, қиматҳои endurance аз дастгоҳ ба дастгоҳ хеле фарқ мекунанд. Дар Ҷадвали асосии 1-и манбаъ барои намунаҳои асосёфта ба In₂Se₃ натиҷаҳо аз садҳо давр то 10⁵ давр мавҷуданд. Ҳадафи 10¹¹ давр дар бахши Outlook натиҷаи имрӯз нишон додашудаи In₂Se₃ нест, балки сатҳи эътимоднокиест, ки дар оянда ба он расидан мехоҳанд.

Чаро бузургтарин мушкили истеҳсол назорати фаза аст?

Диаграммаи фазаи индий–селен танҳо як пайвастагии устувори дученакаро дар бар намегирад. Таркибҳои гуногун, аз ҷумла InSe, In₂Se₃, In₆Se₇ ва In₄Se₃, метавонанд дар як системаи химиявӣ ба вуҷуд оянд. Шароити афзоиши бой аз Se метавонад ташаккули In₂Se₃ ва муҳити бой аз In ташаккули InSe-ро дастгирӣ кунад.

Аз ин рӯ, ҳатто тағйироти хурди параметрҳо, ба монанди ҷараёни прекурсорҳо, таносуби In/Se, ҳарорати афзоиш ва профили хунуккунӣ, метавонанд боиси пайдоиши фазаҳои номатлуб шаванд.

Чаро ҷудокунии механикӣ роҳи ҳалли истеҳсоли оммавӣ нест?

Эксфолиатсияи механикӣ бо adhesive tape барои гирифтани пораҳои монокристалии InSe-и хеле баландсифат муфид аст ва қисми муҳими рекордҳои ҳаракатнокии баланд аз ҳамин навъи намунаҳо ба даст омадааст. Аммо азбаски масоҳати пораҳои маъмулӣ метавонад аз тақрибан 1000 µm² камтар бошад, ин усул барои истеҳсоли нимноқил дар миқёси wafer мувофиқ нест.

Оё эксфолиатсияи химиявиро миқёспазир кардан мумкин аст?

Эксфолиатсияи фазаи моеъ ва интеркалатсияи молекулавӣ барои истеҳсоли миқдори зиёди қабатҳои тунук имконият доранд. Манбаъ таҳқиқоти қаблиеро, ки дар он бо интеркалатсияи электрохимиявии молекулавӣ бе оксиген monolayer-ҳои InSe дар миқёси wafer-и 4-дюймӣ нишон дода шудаанд, ҳамчун қадами махсусан муҳими миқёспазирӣ арзёбӣ мекунад.

Дар ин намунаҳо ҳаракатнокии миёнаи электрон тақрибан 90–120 cm²V⁻¹s⁻¹ ва таносуби on/off-и транзистор тақрибан 10⁷ гузориш мешавад. Гарчанде инҳо аз ~10³ cm²V⁻¹s⁻¹-и намунаҳои баландсифати эксфолиатсияи механикӣ пасттаранд, барои истеҳсоли миқёспазир як марҳилаи миёнаи муҳим мебошанд.

Чаро MOCVD пешсаф менамояд?

Metal-organic chemical vapor deposition аз он сабаб барои идоракунии стехиометрияи In/Se умедбахш ҳисобида мешавад, ки фишор ва ҷараёни прекурсорҳоро дақиқ назорат кардан мумкин аст. Ҳарорати нисбатан пасти таҷзияи прекурсорҳои металл-органикии индий метавонад барои наздик кардани ҳарорати раванд ба шароити silicon back-end-of-line бартарии иловагӣ диҳад.

Манбаъ таъкид мекунад, ки бо MOCVD ҳарорати афзоиши тақрибан 400–500 °C имконпазир аст ва усул аз ҷиҳати миқёси wafer, назорати ғафсӣ ва афзоиши эпитаксиалӣ нисбат ба баъзе усулҳои дигар номзади қавитари саноатӣ мебошад.

Чаро ҳаракатнокии плёнкаҳои синтезшуда паст мешавад?

Ин яке аз огоҳиҳои муҳимтарини бахши истеҳсолии Perspective аст. Дар намунаҳои InSe-и бо роҳи механикӣ ҷудошуда ва тақрибан 5 nm ғафсӣ ҳаракатнокии ~10³ cm²V⁻¹s⁻¹ мумкин аст, дар ҳоле ки дар плёнкаҳои бо CVD синтезшуда қиматҳои маъмулӣ танҳо тақрибан 1–10 cm²V⁻¹s⁻¹ мемонанд.

Муаллифон ин пастшавиро бо оксидҳо, холигиҳои Se ё In, сарҳадҳои дона, фазаҳои номатлуб ва дигар нуқсонҳои кристаллӣ вобаста мекунанд. То бартараф шудани ин фарқ, такрор кардани кори рекордии транзисторҳои намунаҳои монокристалӣ дар wafer-и калон имконнопазир хоҳад буд.

Чаро оксидшавӣ муҳим аст?

InSe ва In₂Se₃ ҳангоми тамос бо ҳаво ва намӣ метавонанд оксид шаванд. Манбаъ барои InSe реаксияи умумии зеринро медиҳад:

\[ 12InSe+3O_2 \rightarrow 4In_2Se_3+2In_2O_3 \]

ва барои In₂Se₃:

\[ 2In_2Se_3+3O_2 \rightarrow 2In_2O_3+6Se \]

чунин табдилро меорад.

Оксидшавӣ метавонад зичии ҳомилон, гистерезис, минтақаи контакт ва ҳаракатнокиро тағйир диҳад. HfO₂ encapsulation, оксидшавии назоратшавандаи сатҳ ва равандҳои литографии ҳарорати паст ҳамчун усулҳои муҳофизат муҳокима мешаванд.

Чаро pinning-и сатҳи Ферми муқовимати контактро зиёд мекунад?

Дар контакти идеалии металл–нимноқил монеаи электронии Schottky тақрибан бо:

\[ \Phi_B=\Phi_M-\chi \]

вобаста карда мешавад. Аммо дар интерфейсҳои воқеии InSe-металл, metal-induced gap states, нуқсонҳо, dangling bond-ҳо ва холигиҳои Se метавонанд сатҳи Фермиро дар атрофи энергияи муайян собит кунанд. Ҳамин тавр, назорати монеаи контакт танҳо бо интихоби металли дигар душвортар мегардад.

Расми иловагии 1-и манбаъ функсияҳои кори металлҳои гуногунро бо сохторҳои бандии InSe ва In₂Se₃ муқоиса мекунад ва ба таври схемавӣ нишон медиҳад, ки pinning чаро монеаи Schottky-ро ба интихоби металл камтар ҳассос мегардонад.

InSe/Si TFET чӣ медиҳад?

Ҳамоҳангии бандии type-III, яъне broken-gap, байни InSe ва кремнийи сахт p-навъ ба band-to-band tunneling иҷозат медиҳад. InSe/Si TFET-и баррасишуда дар манбаъ тақрибан sub-60 mV/dec switching, тақрибан 0,3 µA/µm зичии ҷараёни ҳолати on ва тақрибан 10⁶ таносуби on/off нишон додааст.

Мушкилоти асосӣ дар он аст, ки ҷараёни ҳолати on аз MOSFET-ҳои классикӣ пасттар мемонад. Аз ин рӯ, subthreshold swing-и паст худ ба худ маънои транзистори баландсамари таъиноти умумиро надорад.

Дастгоҳи InSe/BP ballistic avalanche чиро нишон медиҳад?

Вақте рафтори n-навъи InSe ва p-навъи фосфори сиёҳ дар гетеросохтори van der Waals якҷо карда мешаванд, электронҳо ва сӯрохиҳо метавонанд то дараҷае суръат гиранд, ки ionization-и зарбавӣ ба вуҷуд ояд. Дар таҷрибаи овардаи манбаъ avalanche breakdown дар камтар аз тақрибан 1 V ва бо 0,25 mV/dec subthreshold swing-и ултратез нишон дода шудааст.

Ин қимат ба режими avalanche тааллуқ дорад, ки аз механизми классикии коммутатсияи транзистор фарқ мекунад; он ба кори стандартии InSe MOSFET бевосита баробар нест.

Чаро neuromorphic ва in-memory computing ба рӯзнома ворид мешаванд?

Маҳдуд набудани қутбиши In₂Se₃ танҳо ба ду ҳолати комил метавонад имкон диҳад, ки ҳолатҳои қисман ё бисёрсатҳаи қутбиш ноқилияти каналро тадриҷан тағйир диҳанд. Ҳамин тавр, дастгоҳ на танҳо ҳамчун ҳуҷайраи рақамии нигоҳдорандаи 0 ва 1, балки ҳамчун унсури дорои вазни синапсии аналогӣ низ истифода шавад.

Манбаъ таҳқиқоти қаблиеро баррасӣ мекунад, ки дар онҳо дастгоҳҳои асосёфта ба In₂Se₃ дар барномарезии spike-dependent, long-term potentiation/depression ва равишҳои retinomorphic sensor-computing истифода шудаанд.

Муҳимтарин ҳадафҳои ояндаи таҳқиқот кадоманд?

• Ба истеҳсоли InSe ва In₂Se₃-и фаза-соф дар миқёси wafer-и аз 200 mm калон наздик шудан.
• Гузарондани ҳаракатнокии баланди намунаҳои эксфолиатсияи механикӣ ба плёнкаҳои wafer-и синтезшуда.
• Кам кардани зичии оксид, холигии Se, In interstitial ва сарҳадҳои дона.
• Таҳияи encapsulation, ки ба равандҳои backend-и аз 450 °C паст тоб оварад.
• Бо кам кардани pinning-и сатҳи Ферми ҳам транзисторҳои баландсамари n-навъ ва ҳам p-навъи InSe-ро амалӣ кардан.
• Беҳтар кардани endurance ва retention-и дарозмуддат дар хотираҳои In₂Se₃.
• Якҷо кардани мантиқи InSe ва хотираи ферроэлектрикии In₂Se₃ дар меъмориҳои монолитии сеченака.
• Омӯхтани танзими фосилаи энергетикӣ, массаи самаранок ва хосиятҳои оптикӣ тавассути таркиб дар хӯлаҳои In–Ga–Se.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• InSe аз сабаби ҳаракатнокии баланди электрон ва суръати баланди гармии ҳомилон номзади қавии канали дученака барои транзисторҳои ултракӯтоҳ аст.
• Сохтори бандӣ ва фосилаи энергетикии InSe-ро бо ғафсӣ ва тартиби қабатгузорӣ ба таври назаррас тағйир додан мумкин аст.
• Баъзе фазаҳои In₂Se₃ нимноқилӣ ва қутбиши ферроэлектрикиро дар як мавод муттаҳид мекунанд.
• Дар адабиёт ballistic InSe FET, InSe/Si TFET, дастгоҳҳои InSe/BP avalanche ва хотираҳои ферроэлектрикии In₂Se₃ ба таври таҷрибавӣ нишон дода шудаанд.
• Байни кори баланди электронии InSe-и бо эксфолиатсияи механикӣ гирифташуда ва кори плёнкаҳои тунуки синтезшудаи миқёси wafer ҳанӯз фарқи калон вуҷуд дорад.
• Софии фаза, оксидшавӣ, нуқсонҳо ва контактҳои металлӣ аз монеаҳои асосии миқёспазирии тиҷоратии оянда мебошанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Нишон дода нашудааст, ки селенидҳои индий имрӯз метавонанд бевосита ҷойгузини CMOS-и тиҷоратии кремний шаванд.
• Perspective дастгоҳи нави InSe ё In₂Se₃ истеҳсол ва чен намекунад; нишондиҳандаҳои дастгоҳ аз таҳқиқоти қаблӣ ҷамъбаст шудаанд.
• Истеҳсоли InSe/In₂Se₃-и фаза-соф, дорои ҳаракатнокии баланд ва аз 200 mm калон дар ин таҳқиқот амалӣ нашудааст.
• 6 mS транскондуктанс ё >1000 cm²V⁻¹s⁻¹ ҳаракатнокӣ кори маъмулӣ барои ҳамаи плёнкаҳои InSe нест.
• Коммутатсияи 40 ns барои ҳамаи меъмориҳои хотираи In₂Se₃ қимати умумии суръат нест.
• Нишон дода нашудааст, ки дастгоҳҳои асосёфта ба In₂Se₃ ба endurance-и 10¹¹ давр расидаанд.
• Системаи монолитии сеченакаи InSe logic–In₂Se₃ memory дар манбаъ ба таври таҷрибавӣ истеҳсол нашудааст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Ин чӣ гуна таҳқиқот аст?

Манбаъ як Perspective аст. Муаллифон физикаи асосии маводҳои InSe ва In₂Se₃, усулҳои синтез, истифодаи транзисторӣ ва дастгоҳҳои хотираи ферроэлектрикиро дар асоси таҳқиқоти таҷрибавӣ ва назариявии қаблӣ арзёбӣ мекунанд.

Дар таҳқиқот намунаи нави таҷрибавӣ, гурӯҳи нави транзисторҳои истеҳсолшуда ё мета-таҳлили оморӣ вуҷуд надорад. Гарчанде дар бахши саҳми муаллифон гуфта мешавад, ки ҳамаи муаллифон барои мақола маълумот ва адабиётро ҷустуҷӯ кардаанд, протоколи systematic review монанди PRISMA, сатри ҷустуҷӯи пойгоҳи додаҳо, меъёрҳои хориҷ кардани таҳқиқот ё таҳлили formal risk-of-bias дода нашудааст. Аз ин рӯ, манбаъ набояд ҳамчун баррасии систематикӣ ё мета-таҳлил арзёбӣ шавад.

Қабатҳои асосии далелҳо

Нишондиҳандаҳои асосии миқдории кори манбаъ

Чаро кори дастгоҳи ферроэлектрикиро ба як рақам коҳиш додан мумкин нест?

Ҷадвали асосии 1-и манбаъ нишон медиҳад, ки ҳатто бо ҳамон маводи α-In₂Se₃, ҳангоми тағйири меъмории дастгоҳ, контакти металлӣ ва ғафсӣ, нишондиҳандаҳои асосии кор ба таври ҷиддӣ фарқ мекунанд. Масалан, таносуби on/off метавонад тақрибан 10³–10⁶ бошад, retention аз тақрибан 0,1 сония то 6 × 10⁴ сония ва endurance аз садҳо давр то 10⁵ давр фарқ кунад.

Аз ин рӯ, додани як рақами ягона ҳамчун суръат, retention ё endurance-и “маъмулӣ” барои дастгоҳи ферроэлектрикии In₂Se₃ аз ҷониби манбаъ дастгирӣ намешавад.

Холигии муҳим байни истеҳсоли плёнка ва кори дастгоҳ

Яке аз муқоисаҳои қавитарин дар бахши истеҳсолии Perspective ҳаракатнокӣ аст. Дар пораҳои InSe-и тақрибан 5 nm, ки бо роҳи механикӣ ҷудо шудаанд, field-effect mobility метавонад то тақрибан 10³ cm²V⁻¹s⁻¹ расад, дар ҳоле ки дар плёнкаҳои бо CVD афзондашуда қиматҳои маъмулӣ тақрибан 1–10 cm²V⁻¹s⁻¹ мемонанд.

Аз ин рӯ, меъёри муваффақияти оянда танҳо “истеҳсоли InSe дар миқёси wafer” нест, балки дар миқёси wafer ҳамзамон сифати баланди кристалл + софии фаза + зичии пасти нуқсон + ҳаракатнокии баланд-ро амалӣ кардан аст.

Ҷиҳатҳои қавии Perspective

• Физикаи мавод, истеҳсол, транзистор, хотира ва меъмории системаро дар як чаҳорчӯба арзёбӣ мекунад.
• InSe ва In₂Se₃-ро на танҳо аз рӯйи як хусусият, балки якҷо бо фаза, ғафсӣ, нуқсон ва меъмории дастгоҳ баррасӣ мекунад.
• Рекордҳои кори баландро аз мушкилоти истеҳсолпазирӣ ҷудо нишон медиҳад.
• Харитаи роҳи равшани технологиро пешниҳод мекунад, ки мантиқи баллистикӣ ва хотираи ферроэлектрикиро дар як оилаи маводҳои индий–селен муттаҳид мекунад.
• Бо истифода аз расмҳои асосӣ, ҷадвалҳои иловагӣ ва қуттиҳои шарҳдиҳанда натиҷаҳои гуногуни адабиётро ба таври миқдорӣ муқоиса мекунад.

Маҳдудиятҳои методологии Perspective

• Маълумоти нави таҷрибавӣ истеҳсол намекунад.
• Протоколи formal systematic review шарҳ дода нашудааст.
• Барои интихоби манбаъҳо меъёрҳои возеҳи дохилкунӣ/хориҷкунӣ дода нашудаанд.
• Қиматҳои кори дар лабораторияҳои гуногун ва геометрияҳои гуногуни дастгоҳ ченшуда мустақиман паҳлу ба паҳлу арзёбӣ мешаванд.
• Баъзе ҳадафҳои оянда, масалан wafer-и >200 mm ва monolithic 3D logic-in-memory, намоиши таҷрибавӣ нестанд, балки хусусияти харитаи роҳ доранд.
• Байни умумисозии “<10⁴ давр” дар бахши Outlook ва намунаи α-In₂Se₃-и 10⁵ даврӣ, ки дар Ҷадвали асосии 1 оварда шудааст, фарқи доира/номувофиқие мавҷуд аст, ки бояд ба он диққат дод.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Унвони аслӣ:Indium selenides for next-generation low-power computing devices.

Муаллифон, бо тартиби манбаъ: Seunguk Song; Michael Altvater; Wonchan Lee; Hyeon Suk Shin; Nicholas Glavin; Deep Jariwala.

Муаллифони мукотиба: Seunguk Song, Nicholas Glavin ва Deep Jariwala.

Муассисаҳо: Department of Energy Science, Sungkyunkwan University (SKKU), Suwon, Republic of Korea; Center for 2D Quantum Heterostructures, Institute for Basic Science, Suwon, Republic of Korea; Department of Electrical and System Engineering, University of Pennsylvania, Philadelphia, USA; Air Force Research Laboratory, Materials and Manufacturing Directorate, Ohio, USA; AV Inc., Ohio, USA; Department of Chemistry, Sungkyunkwan University, Suwon, Republic of Korea.

Навъи манбаи боршуда: arXiv:2503.12708v2. Нусхаи аввалини arXiv 17 Марти 2025 ва нусхаи v2 4 Феврали 2026 нашр шудааст.

arXiv DOI: 10.48550/arXiv.2503.12708.

Вазъи нашри тақризшуда: Ҳамин кор ҳамчун Perspective ҳамчун Nature Reviews Electrical Engineering нашр шудааст.

Нашри тақризшуда:Nature Reviews Electrical Engineering, Volume 3, 185–201 (2026).

DOI-и нашри тақризшуда: 10.1038/s44287-025-00251-w.

Қабул ва нашр: Қабул 2 Декабри 2025; version of record 6 Январи 2026; санаи шумора Марти 2026.

Пайвандҳои расмӣ:https://arxiv.org/abs/2503.12708 ва https://doi.org/10.1038/s44287-025-00251-w.

Литсензия ва ҳуқуқи муаллиф: Нусхаи боршудаи arXiv бо литсензияи CC BY 4.0 пешниҳод шудааст. Ҳуқуқҳои нашри version of record-и тақризшудаи Nature Reviews Electrical Engineering ба Springer Nature ё соҳиби дахлдори ҳуқуқ тааллуқ доранд. Дар ин матни Verianla расмҳои нашри Nature айнан аз нав нашр нашудаанд; муҳтавои илмии дар манбаъ овардашуда ба забони тоҷикӣ шарҳ дода шуда, ҷадвали муқоисаи миқдорӣ бозсозӣ шудааст.

Навъи таҳқиқот: Perspective; таҷрибаи нави аслии дастгоҳ ё мета-таҳлили систематикӣ нест.

Маблағгузорӣ: Манбаъ дастгирии National Research Foundation of Korea / MSIT бо RS-2025-00516532, Institute for Basic Science IBS-R036-D1, Air Force Office of Scientific Research FA9550-24RYCOR011 ва FA9550-23-1-0391, барномаи National Science Foundation Future of Semiconductors 2328743 ва Office of Naval Research N00014-24-1-2131-ро гузориш мекунад.

Саҳми муаллифон: Deep Jariwala, Seunguk Song ва Nicholas Glavin идеяи муҳтаворо таҳия кардаанд. Ҳамаи муаллифон дар ҷустуҷӯи маълумот/адабиёт барои мақола саҳм гузоштаанд. Seunguk Song ва Michael Altvater дар муҳокимаи муҳтаво саҳми назаррас гузошта, матнро навиштаанд; Wonchan Lee ва Hyeon Suk Shin саҳм гузоштаанд; ҳамаи муаллифон пеш аз ирсол муҳтаворо бозбинӣ ва таҳрир кардаанд.

Тазоди манфиатҳо: Муаллифон изҳор мекунанд, ки competing interest надоранд.

Тақриз: Ношир нишон медиҳад, ки кор аз тақриз гузаштааст ва саҳми тақризгаронро дар сабти расмии нашр қайд мекунад.

Нуктаи диққат дар дохили манбаъ: Гарчанде дар бахши Outlook изҳороти умумӣ ҳаст, ки сатҳи ҷории endurance-и дастгоҳҳои In₂Se₃ “<10⁴ давр” аст, Ҷадвали асосии 1 инчунин намунаи α-In₂Se₃ lateral-gate FeFET бо 10⁵ даврро дар бар мегирад. Аз ин рӯ, маҳдудияти устуворӣ ба ҳамаи дастгоҳҳои In₂Se₃ ҳамчун як рақами ягона умумӣ карда нашудааст.

Ҳадди тафсири илмӣ: Ҳаракатнокии баланд, транзистори баллистикии 10 nm, 6 mS транскондуктанс, TFET, avalanche transistor ва нишондиҳандаҳои хотираи ферроэлектрикии дар манбаъ овардашуда таҷрибаҳои нави муаллифони Perspective нестанд; онҳо ҷамъбасти натиҷаҳои таҳқиқоти мустақили истинодшуда мебошанд. Дар ин мақолаи Verianla ин фарқ нигоҳ дошта шудааст.

Манбаи маълумот: Шарҳи асосии илмӣ танҳо ба матн, ҷадвалҳо, расмҳо ва натиҷаҳое такя мекунад, ки кори баррасишуда бо истинод овардааст. Истифодаи манбаъҳои беруна танҳо бо санҷиши майдонҳои библиографӣ, аз ҷумла нусхаи arXiv, нашри тақризшуда, DOI, санаи нашр, тақриз ва литсензия, маҳдуд шудааст.