அணு அளவு மெல்லிய மின்னணுவியலில் வேகத் தடையை உடைத்தல்
வழக்கமான முறைகளைவிட சுமார் 1,000 மடங்கு வேகத்தில் இருபரிமாண குறைக்கடத்திப் பொருட்களை வளர்க்கும் முறையை உருவாக்கியுள்ளதாக சீன ஆராய்ச்சியாளர்கள் அறிவித்துள்ளனர். இந்த உற்பத்திச் சாதனை உலகளாவிய குறைக்கடத்தித் துறையின் போக்கையே மாற்றக்கூடும். தேசிய பாதுகாப்புத் தொழில்நுட்பப் பல்கலைக்கழகம் மற்றும் சீன அறிவியல் அகாடமியைச் சேர்ந்த விஞ்ஞானிகள் தலைமையில் உருவான இந்தப் புதிய முறை, அடுத்த தலைமுறை சில்லுகளின் வணிகச் சாத்தியத்தை நீண்டகாலமாகத் தடுத்துவந்த முக்கிய இடையூறுக்கு தீர்வளிக்கிறது.
உள்ளடக்கம்
உலோக ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த ரென் வென்காய், சூ சுவான் ஆகியோருடன் இணைந்து சூ மெங்ஜியான் தலைமையிலான ஆய்வுக் குழு, தங்களின் கண்டுபிடிப்புகளை மார்ச் 26 அன்று National Science Review இதழில் வெளியிட்டது. மாற்றியமைக்கப்பட்ட வேதியியல் ஆவி படிதல் முறையைப் பயன்படுத்தி, நிமிடத்துக்கு சுமார் 20 மைக்ரோமீட்டர் வேகத்தில் பெரிய அளவிலான டங்ஸ்டன் சிலிக்கான் நைட்ரைடு தாள்களை உருவாக்க முடியும் என்பதை அவர்களின் ஆய்வு காட்டுகிறது. முந்தைய அளவுகோல்களுடன் ஒப்பிடுகையில் இது பெரும் வேக உயர்வாகும்; அதற்கு 0.001 மில்லிமீட்டர் வளர ஐந்து மணி நேரம் தேவைப்பட்டது.
சிலிக்கானின் எல்லை நெருங்குகிறது
ஐந்து தசாப்தங்களுக்கும் மேலாக, மைக்ரோசிப்பில் உள்ள டிரான்சிஸ்டர்களின் எண்ணிக்கை சுமார் இரண்டு ஆண்டுகளுக்கு ஒருமுறை இரட்டிப்பாகும்; அதேவேளையில் செலவு குறையும் என்ற மூரின் விதியை மின்னணுத் துறை பின்பற்றி வந்துள்ளது. ஸ்மார்ட்போன்கள் முதல் சூப்பர் கணினிகள் வரை அனைத்தின் வளர்ச்சிக்கும் இந்தப் போக்கு உந்துதலாக இருந்து, சிலிக்கானை அடிப்படையாகக் கொண்ட டிரில்லியன் டாலர் தொழில்துறையை உருவாக்கியது. ஆனால் டிரான்சிஸ்டர்களின் அளவு அணு அளவை நெருங்கும்போது, அடிப்படை இயற்பியல் விதிகள் தடையாகத் தொடங்கியுள்ளன.
சுமார் 5 நானோமீட்டருக்குக் கீழே, சிலிக்கானில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் குவாண்டம் இயக்கவியல் சார்ந்த நடத்தைகளை வெளிப்படுத்தத் தொடங்குகின்றன; இது பாரம்பரியக் கணினிச் செயல்பாட்டைப் பாதிக்கிறது. மின்காப்புத் தடைகள் தடுக்க வேண்டிய எலக்ட்ரான்கள் அவற்றைக் கடந்து கசிய குவாண்டம் சுரங்கப்பாதை விளைவு வழிவகுக்கிறது. மேலும், பாகங்கள் நெருக்கமாகப் பொருத்தப்படுவதால் வெப்பத்தை வெளியேற்றுவது பெருகிய முறையில் கடினமாகிறது. நவீன தொழில்நுட்ப முன்னேற்றத்துக்கு அடித்தளமாக இருந்த வளர்ச்சியை இந்த இயற்பியல் வரம்புகள் முடக்கிவிடும் அபாயம் உள்ளது.
செயற்கை நுண்ணறிவு அமைப்புகள் மற்றும் பெரிய மொழி மாதிரிகளின் வளர்ச்சியால், கணக்கீட்டுத் திறனுக்கான தேவை தொடர்ந்து வேகமெடுத்து வருகிறது. 2023-ஆம் ஆண்டுடன் ஒப்பிடுகையில், 2030-ஆம் ஆண்டுக்குள் செயற்கை நுண்ணறிவுக் கணிப்பீட்டுத் தேவை 1,000 மடங்கு அதிகரிக்கக்கூடும் எனத் துறை முன்னறிவிப்புகள் தெரிவிக்கின்றன. தேவைக்கும் சிலிக்கானின் இயற்பியல் வரம்புகளுக்கும் இடையிலான இந்த இடைவெளி, பாரம்பரிய குறைக்கடத்தி உற்பத்தியை நீட்டிக்கவோ மாற்றீடு செய்யவோ உதவும் பிற பொருட்களை உலகளவில் தேடும் முயற்சியைத் தூண்டியுள்ளது.
இருபரிமாணப் பொருட்களின் வாய்ப்பு
வழக்கமான சிலிக்கானுக்கு அப்பால் செல்லும் மிக நம்பிக்கைக்குரிய வழிகளில் ஒன்றாக இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திகள் திகழ்கின்றன. சில நேரங்களில் ஒரே ஓர் அணு தடிமன் மட்டுமே கொண்ட இப்பொருட்கள், முப்பரிமாணப் படிகங்களிலிருந்து அடிப்படையிலேயே வேறுபட்ட முறையில் மின்சாரத்தைக் கடத்துகின்றன. மின்னோட்டம் பாயும் பாதையைத் திடமான சிலிக்கான் கட்டியிலிருந்து செதுக்க வேண்டியதில்லை; இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திகள் இயல்பிலேயே மெல்லியவை. எனவே, நானோ அளவிலான அம்சங்களை உருவாக்கப் பொருளைச் செதுக்கி அகற்ற வேண்டிய தேவையை இவை நீக்குகின்றன.
இந்த அதிமெல்லிய அடுக்குகளில் ஏற்படும் குவாண்டம் சிறைப்படுத்தல் விளைவுகள், மின் பண்புகளைச் சீர்குலைப்பதற்குப் பதிலாக மேம்படுத்தக்கூடும். எலக்ட்ரான்களின் இயக்கம் இருபரிமாணத்துக்குள் கட்டுப்படுத்தப்படும்போது, அவற்றின் குறைந்தபட்ச ஆற்றல் உயர்கிறது. இதனால் டிரான்சிஸ்டர் இயங்குகிறதா அல்லது முடங்கியுள்ளதா என்பதை நிர்ணயிக்கும் பட்டை இடைவெளி அகலமாகிறது. ஒரே அளவிலான சிலிக்கானுடன் ஒப்பிடுகையில், இருபரிமாணப் பொருட்கள் அதிக ஆற்றல் திறனையும் குறைந்த மின்னோட்டக் கசிவையும் வழங்கக்கூடும். இதனால் 5 நானோமீட்டருக்குக் கீழான முனைத் தொழில்நுட்பங்களுக்கு இவை ஏற்றவை.
பல இருபரிமாணப் பொருட்கள் ஏற்கெனவே சிறந்த செயல்திறன் பண்புகளை வெளிப்படுத்தியுள்ளன. மாற்றுநிலை உலோக டைகால்கோஜனைடுகள் என வகைப்படுத்தப்படும் மாலிப்டினம் டைசல்பைடு மற்றும் மாலிப்டினம் டைசெலினைடு ஆகிய சேர்மங்கள், கடத்தும் மற்றும் மின்காப்பு நிலைகளுக்கு இடையே மாற உதவும் இயல்பான பட்டை இடைவெளிகளைக் கொண்டுள்ளன. எலக்ட்ரான்கள் மூலம் மின்னோட்டத்தைக் கடத்தும் இந்த n-வகைப் பொருட்களை ஆய்வகச் சூழலில் ஒப்பீட்டளவில் எளிதாக உற்பத்தி செய்ய முடிந்துள்ளது. ஆனால் நடைமுறைக்கு ஏற்ற ஒருங்கிணைந்த மின்சுற்றுகளை உருவாக்க, ஒன்றுக்கொன்று இணையாகச் செயல்படும் பொருட்கள் தேவை.
p-வகைப் பொருட்களின் பற்றாக்குறைக்குத் தீர்வு
நவீன டிரான்சிஸ்டர் வடிவமைப்புகள் இரண்டு வெவ்வேறு குறைக்கடத்தி வகைகளின் இணைப்பைச் சார்ந்துள்ளன: மின்னூட்டம் கடத்திகளாக எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்தும் n-வகை, மற்றும் நேர்ம மின்னூட்டத்தைக் கடத்த படிக அணிக்கோவையில் எலக்ட்ரான்கள் இல்லாத இடங்களான துளைகளைப் பயன்படுத்தும் p-வகை. CMOS எனப்படும் இந்தக் கூடுதல் உலோக-ஆக்சைடு-குறைக்கடத்தி அமைப்பே அனைத்து நவீன இலக்கமுறைத் தர்க்கச் சுற்றுகளுக்கும் அடித்தளமாக உள்ளது. ஒவ்வொரு NAND, NOR, NOT வாயிலும் இந்த இரண்டு வகைகளும் இணைந்து செயல்படுவது அவசியம்.
n-வகை இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திகள் பரவலாகக் கிடைத்தாலும், உயர் செயல்திறனும் நிலைத்தன்மையும் கொண்ட p-வகை இணைப் பொருட்களைப் பெறுவது கடினமாகவே இருந்து வந்துள்ளது. இந்தப் பற்றாக்குறையை முக்கியத் தடையாகவும், குறைக்கடத்தி ஆராய்ச்சியில் கடும் போட்டி நிலவும் துறையாகவும் சூ மெங்ஜியான் விவரித்தார். நம்பகமான p-வகைப் பொருட்கள் இல்லாமல், n-வகைப் பொருட்கள் எவ்வளவு சிறந்தவையாக இருந்தாலும், கணக்கீட்டுக்கு அடிப்படையான தர்க்க வாயில்களைப் பொறியாளர்களால் உருவாக்க முடியாது.
இந்தச் சமநிலையின்மைக்குத் தீர்வாக டங்ஸ்டன் சிலிக்கான் நைட்ரைடைச் சீனக் குழு அடையாளம் கண்டது. நிலைத்தன்மையின்மையை அடிக்கடி ஏற்படுத்தும் வெளிப்புற மாசூட்டல் செயல்முறைகள் இன்றி, இந்தப் பொருள் இயல்பாகவே p-வகைப் பண்பைக் கொண்டுள்ளது. இதன் படலங்கள் அதிக துளை நகர்திறனும் வலுவான மின்னோட்ட அடர்த்தியும் கொண்டிருந்ததுடன், உறுதியான இயந்திர வலிமையையும் வெப்பக் கடத்துதிறனையும் வெளிப்படுத்தின. வணிகச் சில்லு உற்பத்திக்குத் தேவையான பலகட்ட ஒளிப்படிக்கல் செயலாக்கத்தின்போது, இந்தப் பொருள் விரிசல் ஏற்படாமலும் அடித்தளத்திலிருந்து உரிந்து போகாமலும் தாங்கக்கூடும் என்பதை இந்தப் பண்புகள் சுட்டுகின்றன.
பிஸ்மத் ஆக்சிசெலினைடைப் பயன்படுத்தி, தனியானதாயினும் தொடர்புடைய இருபரிமாண டிரான்சிஸ்டர் திட்டத்தில் பணியாற்றிவரும் பெய்ஜிங் பல்கலைக்கழகப் பேராசிரியர் பெங் ஹைலின், மாசூட்டல் சமநிலையின் அடிப்படை முக்கியத்துவத்தை விளக்கினார். சிலிக்கானுக்குப் பிந்தைய கட்டமைப்புகளை இலக்காகக் கொண்ட அந்த ஆய்வில், இன்டெல்லின் அண்மைய 3 நானோமீட்டர் சில்லுகளைவிட 40% அதிக வேகத்தையும், 10% குறைந்த மின்சாரப் பயன்பாட்டையும் அவருடைய குழு எட்டியது. சிலிக்கான் அடிப்படையிலான வடிவமைப்புகளிலிருந்து அடிப்படையாக விலகுவதைக் குறிக்கும் வகையில், தங்கள் வளர்ச்சியை குறுக்குவழி எடுப்பதாக அல்ல, பாதை மாற்றுவதாக பெய்ஜிங் பல்கலைக்கழகக் குழு விவரித்தது.
தங்கம்-டங்ஸ்டன் புதிய கண்டுபிடிப்பு
உற்பத்தி வேகத்தில் இந்தப் பெரும் முன்னேற்றத்தைச் சாத்தியமாக்கிய முக்கியக் கண்டுபிடிப்பு, இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திப் படலங்களை வளர்க்கும் வேதியியல் ஆவி படிதல் செயல்முறையை மறுவடிவமைத்ததாகும். வழக்கமான CVD முறைகளில், முன்னோடி வாயுக்கள் சூடாக்கப்பட்ட அடித்தளங்களின் மீது செலுத்தப்படுகின்றன; அணுக்கள் ஒவ்வொரு அடுக்காகப் படிகமாவதற்காகக் காத்திருக்க வேண்டும். இந்தச் செயல்முறை வரலாற்று ரீதியாக மிகவும் மெதுவாக இருந்ததால், மில்லிமீட்டர் அளவிலான ஆய்வக மாதிரிகளிலிருந்து வணிக உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்படும் 300 மில்லிமீட்டர் செதில்களுக்கு விரிவுபடுத்துவது பொருளாதார ரீதியில் சாத்தியமற்றதாக இருந்தது.
ஆய்வுக் குழு, வழக்கமான திட அடித்தளத்துக்குப் பதிலாக திரவத் தங்கம் மற்றும் டங்ஸ்டன் கொண்ட இரட்டை அடுக்கைப் பயன்படுத்தியது. திரவத் தங்கத்தின் மேற்பரப்பு படிக எல்லைகளை நீக்கி, படிகங்கள் உருவாக ஒரே சீரான மென்மையான வார்ப்புருவை வழங்குகிறது. இதனால் வழக்கமான திட அடித்தளங்களைவிட முன்னோடி அணுக்கள் மேற்பரப்பில் மிக வேகமாகப் பரவ முடிகிறது. இதற்கிடையில், அடியிலுள்ள டங்ஸ்டன் அடுக்கு டங்ஸ்டன் சிலிக்கான் நைட்ரைடு படலத்துக்குத் தேவையான தனிமங்களில் ஒன்றை வழங்குகிறது. இதன் மூலம் வளர்ச்சி வேகத்தை அடிக்கடி கட்டுப்படுத்தும் வாயுநிலை விநியோக முறைகளைச் சார்ந்திருப்பது குறைகிறது.
இந்த அடித்தள மாற்றத்தின் மூலம், சுமார் 36க்கு 18 மில்லிமீட்டர் அளவுள்ள ஒற்றையடுக்கு படலங்களை வளர்க்க முடிந்தது. இதனால் இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திகள் செதில் அளவிலான உற்பத்தி நிலையை எட்டியுள்ளன. உருவான பொருள் மேம்பட்ட சில்லுப் பயன்பாடுகளுக்கு அவசியமான சிறந்த மின் செயல்திறன், நீடித்துழைப்பு மற்றும் வெப்பத்தைத் தாங்கும் திறன் ஆகியவற்றைக் காட்டியது. உற்பத்தி வேகம், ஐந்து மணி நேரத்தில் சுமார் 0.00004 அங்குலத்திலிருந்து நிமிடத்துக்கு சுமார் 0.0008 அங்குலமாக உயர்ந்தது. இது தொழில்துறையின் கவனத்தை ஈர்த்துள்ள ஆயிரம் மடங்கு வேக அதிகரிப்பாகும்.
இந்த முறையில் மாசூட்டல் பண்புகளையும் துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முடிவதால், உருவாகும் படலங்களின் மின் பண்புகளைப் பொறியாளர்கள் தேவைக்கேற்ப மாற்றியமைக்கலாம். இருபரிமாணப் பொருட்களை தற்போதைய CMOS கட்டமைப்புகளுடன் ஒருங்கிணைக்க இந்த மாற்றியமைக்கும் திறன் முக்கியமானது; வணிகப் பயன்பாட்டை நோக்கிய அவசியமான படியும் இதுவே. தற்போதைய குறைக்கடத்தி உள்கட்டமைப்புடன் இந்த முறை ஒத்துப்போவது, எதிர்கால ஒருங்கிணைப்பை எளிதாக்கக்கூடும். இருப்பினும், தற்போதைய அளவிலான விளக்கத்திலிருந்து முழு உற்பத்திச் செதில்களுக்கு விரிவுபடுத்துவதில் குறிப்பிடத்தக்க பொறியியல் சவால்கள் உள்ளன.
உலகளாவிய போட்டியும் மூலோபாய விளைவுகளும்
முக்கியப் பொருளாதார வல்லரசுகளுக்கு இடையிலான தொழில்நுட்பப் போட்டி தீவிரமடைந்துள்ள சூழலில் இந்தக் குறைக்கடத்தி முன்னேற்றம் வந்துள்ளது. CAS Content Collection தரவுகளின்படி, நுண்மின்னணு தொடர்பான ஆய்விதழ் வெளியீடுகள் மற்றும் காப்புரிமைகளில் சீன நிறுவனங்கள் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றம் கண்டுள்ளன. வணிகப் பயன்பாட்டை மையமாகக் கொண்ட பல அறிவுசார் சொத்துப் பதிவுகளையும் அந்நாடு உருவாக்கியுள்ளது. இதற்கிடையில், உள்நாட்டு உற்பத்தி மற்றும் ஆராய்ச்சித் திறன்களை வலுப்படுத்த CHIPS and Science Act மூலம் 52.7 பில்லியன் டாலரை ஒதுக்கி, தனது முன்னிலையைத் தக்கவைக்க அமெரிக்கா தீவிர நடவடிக்கைகளை மேற்கொண்டுள்ளது.
புவிசார் அரசியல் பதற்றங்கள் உலகளாவிய விநியோகச் சங்கிலியைச் சிக்கலாக்கியுள்ளன. 2022 அக்டோபரில் அமல்படுத்தப்பட்ட ஏற்றுமதிக் கட்டுப்பாடுகள், மேம்பட்ட குறைக்கடத்தி உபகரணங்கள் மற்றும் கணிப்புச் சில்லுகளுக்கான சீனாவின் அணுகலைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன. செயற்கை நுண்ணறிவு மற்றும் பாதுகாப்புத் தொழில்நுட்பங்களில் சீனாவின் முன்னேற்றத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதே இந்த நடவடிக்கைகளின் நோக்கம். அதேவேளையில், தொழில்நுட்பத் தன்னிறைவை எட்டும் நோக்கிலான உள்நாட்டு ஆராய்ச்சி முயற்சிகளுக்கும் அவை உந்துதலாக அமைந்துள்ளன. வழக்கமான உபகரணப் பற்றாக்குறையைத் தவிர்க்க மாற்றுப் பொருள் தளங்களை உருவாக்க சீனாவுக்கு உதவக்கூடிய அடிப்படை ஆராய்ச்சிக்கு இந்த இருபரிமாணக் குறைக்கடத்தி முன்னேற்றங்கள் ஓர் எடுத்துக்காட்டாகும்.
2025-ஆம் ஆண்டில் சுமார் 111.84 பில்லியன் டாலர் மதிப்புடையதாக இருக்கும் உலகளாவிய குறைக்கடத்தி உபகரணச் சந்தை, 2034-ஆம் ஆண்டுக்குள் 268.06 பில்லியன் டாலரை எட்டும் எனச் சந்தை ஆய்வுகள் கணிக்கின்றன. 5 நானோமீட்டருக்குக் கீழான மேம்பட்ட முனைகளுக்கு மாறுவது, அதி-ஊதா ஒளிப்படிக்கல் நுண்பொறிப்பு மற்றும் புதிய பொருட்களின் தேவையை உருவாக்குவது ஆகியவை இந்த வளர்ச்சியைத் தூண்டுகின்றன. தற்போது ஆசிய-பசிபிக் பிராந்தியம் சந்தையில் கிட்டத்தட்ட 69% பங்குடன் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. அதேவேளையில், ஒருசில இடங்களில் குவிந்துள்ள விநியோகச் சங்கிலிகளைப் பல்வகைப்படுத்த ஐரோப்பாவும் வட அமெரிக்காவும் பெருமளவில் முதலீடு செய்து வருகின்றன.
ஆய்வகச் சோதனைகளிலிருந்து வணிக உற்பத்திக்குச் செல்வதற்கு, பொருள் விஞ்ஞானிகள், செயல்முறைப் பொறியாளர்கள் மற்றும் சாதன இயற்பியலாளர்கள் இணைந்து பல ஆண்டுகள் உழைக்க வேண்டியிருக்கும் எனத் துறை நிபுணர்கள் குறிப்பிடுகின்றனர். ஒரே சில்லில் உள்ள பில்லியன் கணக்கான டிரான்சிஸ்டர்கள் நம்பகமாகச் செயல்படும் அளவுக்குக் குறைபாடுகளின் அடர்த்தி குறைய வேண்டும். மேலும், புதிய பொருட்கள் தற்போதைய ஒளிப்படிக்கல் நுண்பொறிப்பு, செதுக்குதல் மற்றும் உலோகப் படிதல் செயல்முறைகளுடன் ஒத்துப்போகின்றன என்பதை நிரூபிக்க வேண்டும். சீனக் குழு உருவாக்கிய திரவ உலோக அடித்தள அணுகுமுறை, இறுதியில் எந்தப் பொருள் பெருமளவு உற்பத்திக்குச் சென்றாலும், தொழில்துறை முழுவதற்குமான பொறியியல் கொள்கைகளில் தாக்கத்தை ஏற்படுத்தக்கூடும்.
வணிகமயமாக்கலுக்கான பாதையில் உள்ள சவால்கள்
ஆய்வக முடிவுகள் நம்பிக்கை அளித்தாலும், இருபரிமாண டிரான்சிஸ்டர்கள் இடம்பெறும் நுகர்வோர் தயாரிப்புகளை உருவாக்குவதற்கு இன்னும் பல பெரும் தடைகள் உள்ளன. உற்பத்தி அதிகரிக்கும்போது பெரிய செதில் பரப்புகளில் ஒரே சீரான தன்மையைப் பேணுவது அதிவேகமாகக் கடினமடைகிறது. 36க்கு 18 மில்லிமீட்டர் படலங்களிலிருந்து 300 மில்லிமீட்டர் உற்பத்திச் செதில்களுக்கு மாறுவதற்கு வேதியியல் ஆவி படிதல் அறையைப் பெரிதாக்குவது மட்டும் போதாது; மிகப் பெரிய பரப்புகளிலும் அணு அளவிலான துல்லியத்தைப் பேண வேண்டும்.
வெப்ப மேலாண்மையும் முக்கியமான சவாலாகும். சில மாற்றுப் பொருட்களைவிட டங்ஸ்டன் சிலிக்கான் நைட்ரைடு சிறந்த வெப்பப் பண்புகளைக் காட்டினாலும், அதிமெல்லிய பொருட்களில் வெப்பம் பாய்வதற்கான குறுக்குவெட்டுப் பரப்பு இயல்பாகவே குறைவு. டிரான்சிஸ்டர்கள் மேலும் நெருக்கமாகப் பொருத்தப்படும்போது, செயல்திறனைப் பேணவும் நுட்பமான கட்டமைப்புகள் வெப்பத்தால் சேதமடைவதைத் தடுக்கவும் கழிவு வெப்பத்தை வெளியேற்றுவது முக்கியமாகிறது. அணு அளவு மெல்லிய அடுக்குகளைச் சேதப்படுத்தக்கூடிய செதுக்குதல், படிதல் மற்றும் தூய்மைப்படுத்துதல் உள்ளிட்ட உற்பத்திச் செயல்முறைகளின்போது, இருபரிமாணப் பொருட்களின் இயந்திர வலிமையும் தாங்க வேண்டும்.
திறமையான பணியாளர்களின் பற்றாக்குறை இந்தத் தொழில்நுட்பச் சவால்களை மேலும் அதிகரிக்கிறது. 2030-ஆம் ஆண்டுக்குள் அமெரிக்காவில் மட்டும் சுமார் 67,000 திறமையான தொழில்நுட்ப வல்லுநர்கள், பொறியாளர்கள் மற்றும் விஞ்ஞானிகளுக்குப் பற்றாக்குறை ஏற்படும் என செமிகண்டக்டர் இண்டஸ்ட்ரி அசோசியேஷன் கணித்துள்ளது. உலகெங்கும் உள்ள உற்பத்தி மையங்களிலும் இதேபோன்ற பற்றாக்குறை நிலவுகிறது. இதனால் புதிய தொழில்நுட்பங்கள் ஆராய்ச்சி நிலையிலேயே சாத்தியமானவை என நிரூபிக்கப்பட்ட பிறகும், அவற்றை நடைமுறைப்படுத்தும் வேகம் குறையக்கூடும்.
உற்பத்தி விரிவாக்கத் திட்டங்களில் சுற்றுச்சூழல் கவலைகளும் முக்கிய இடம் பெறுகின்றன. 12 அங்குல செதில்களைத் தயாரிக்கும் ஒரு நவீன உற்பத்தி ஆலை நாள்தோறும் சுமார் 10 மில்லியன் கேலன் தண்ணீரைப் பயன்படுத்துகிறது. 2021-ஆம் ஆண்டு தைவானில் ஏற்பட்ட கடும் வறட்சி, வளப் பற்றாக்குறையால் குறைக்கடத்தி உற்பத்தி பாதிக்கப்படக்கூடிய நிலையை வெளிப்படுத்தியது. உற்பத்தியாளர்கள் மறுசுழற்சி தொழில்நுட்பங்களையும் நிலையான நடைமுறைகளையும் அதிகளவில் பின்பற்றுகின்றனர். எனினும், புதிய பொருட்களுக்காகப் புதிய உற்பத்தி நிலையங்களை அமைப்பது குறித்து தொழில்துறை பரிசீலிக்கும்போது, சில்லு உற்பத்திக்குத் தேவைப்படும் ஆற்றல் மற்றும் நீரின் அளவு முக்கியக் கருத்தாகத் தொடர்கிறது.
முக்கிய அம்சங்கள்
- முந்தைய முறைகளைவிட 1,000 மடங்கு வேகத்தில், நிமிடத்துக்கு சுமார் 20 மைக்ரோமீட்டர் வேகத்தில் இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திப் பொருட்களை வளர்க்கும் வேதியியல் ஆவி படிதல் முறையை சீன ஆராய்ச்சியாளர்கள் உருவாக்கியுள்ளனர்.
- திரவத் தங்கம்-டங்ஸ்டன் இரட்டை அடுக்கு அடித்தளத்தைப் பயன்படுத்தி, செதில் அளவிலான டங்ஸ்டன் சிலிக்கான் நைட்ரைடு தாள்களை இந்தக் கண்டுபிடிப்பு உருவாக்குகிறது. இதன் மூலம் CMOS டிரான்சிஸ்டர் இணைகளுக்குத் தேவையான உயர் செயல்திறன் கொண்ட p-வகை இருபரிமாணப் பொருட்களின் பற்றாக்குறைக்குத் தீர்வு காணப்படுகிறது.
- குவாண்டம் சுரங்கப்பாதை விளைவும் வெப்பத்தை வெளியேற்றுவதில் உள்ள சிக்கலும் மூரின் விதியின்படி பல தசாப்தங்களாகத் தொடர்ந்த செயல்திறன் மேம்பாட்டை நிறுத்திவிடும் அபாயம் உள்ளது. 5 நானோமீட்டருக்குக் கீழே சிலிக்கான் அடிப்படை இயற்பியல் வரம்புகளை நெருங்கும் நேரத்தில் இந்தக் கண்டுபிடிப்பு வந்துள்ளது.
- சில அணுக்கள் மட்டுமே தடிமன் கொண்ட இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திகள், வழக்கமான முப்பரிமாண சிலிக்கானைவிட மேம்பட்ட ஆற்றல் திறனுடன் டிரான்சிஸ்டர்களின் அளவைக் குறைப்பதைத் தொடர்வதற்கான வாய்ப்புகளை வழங்குகின்றன.
- குறைக்கடத்தித் துறையில் ஆதிக்கம் செலுத்துவதற்கான தீவிர உலகளாவிய போட்டி நிலவும் சூழலில் இந்த முன்னேற்றம் ஏற்பட்டுள்ளது. சீனாவின் ஆராய்ச்சி வெளியீடுகள் அதிகரிக்கும் நிலையில், உள்நாட்டு விநியோகச் சங்கிலிகளைப் பாதுகாக்க அமெரிக்காவும் ஐரோப்பாவும் CHIPS சட்டங்களின் மூலம் பில்லியன் கணக்கான டாலர்களை முதலீடு செய்கின்றன.
- ஆய்வகச் சோதனைகளிலிருந்து வணிக உற்பத்திக்கு மாற, குறைபாடுகளின் அடர்த்தி, வெப்ப மேலாண்மை, உற்பத்திச் சீர்மை மற்றும் தற்போதைய உற்பத்தி உள்கட்டமைப்புடன் ஒருங்கிணைப்பு ஆகியவற்றில் உள்ள சவால்களைத் தீர்க்க வேண்டும்.
- செயற்கை நுண்ணறிவுக் கணிப்பீடு, மேம்பட்ட முனைகள் மற்றும் இருபரிமாணக் குறைக்கடத்திகள் உள்ளிட்ட புதிய பொருட்களுக்கான தேவையால், குறைக்கடத்தி உற்பத்தி உபகரணச் சந்தை 2025-ஆம் ஆண்டின் 111.84 பில்லியன் டாலரிலிருந்து 2034-ஆம் ஆண்டுக்குள் 268 பில்லியன் டாலராக வளரும் எனக் கணிக்கப்பட்டுள்ளது.
