ابداع فرآیندی نوین توسط آنتونی پل بلزا برای اتصال گرافن دوبعدی در دمای پایین، افقی تازه در تولید تراشه‌های CMOS گشوده است.
تحولی نوین در صنعت نیمه‌رسانا: اتصال‌دهنده‌های گرافنی دوبعدی برای مدارهای مجتمع CMOS
آنتونی پل بلزا، مخترع و پژوهشگر برجسته، موفق به توسعه فرآیندی نوین برای اتصال گرافن دوبعدی در مونتاژ نیمه‌رساناها شده است که در دماهای پایین عمل می‌کند. این نوآوری می‌تواند انقلابی در تولید تراشه‌های CMOS ایجاد کند و چالشی را که از زمان کشف گرافن در سال ۲۰۰۴ برای ادغام آن در مدارها وجود داشت، برطرف نماید.
روش ابداعی بلزا امکان استفاده از گرافن دوبعدی را به‌عنوان ماده اتصال‌دهنده در مدارهای نیمه‌رسانا فراهم می‌کند و پیوندی متالورژیکی با مقاومت کم با بستر ایجاد می‌نماید. این پیشرفت می‌تواند به تولید کامپیوترهای سریع‌تر و کارآمدتر منجر شود، زیرا گرافن جایگزین مدارهای مسی سنتی می‌شود که به محدودیت‌های فیزیکی خود نزدیک شده‌اند.
بلزا، مخترع فرآیند اتصال گرافن دوبعدی که در مونتاژ تراشه‌های CMOS استفاده می‌شود، موفق به اتصال‌دهی در دماهایی در محدوده حرارتی تراشه، زیر ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و حتی در دماهای پایین‌تر تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد شده است. مقاومت الکتریکی این اتصالات تقریباً غیرقابل تشخیص است؛ این امر امکان تولید کامپیوترهای سریع‌تر را فراهم می‌کند که در دماهای پایین‌تر عمل می‌کنند، زیرا گرافن همچنین در انتشار حرارت تولیدشده توسط تراشه‌ها بسیار مؤثر است.
فرآیند ثبت اختراع‌شده بلزا می‌تواند قانون مور را تمدید کرده و در نهایت مدارهای مسی را که اکنون به حد نهایی خود رسیده‌اند، با گرافن که از نظر زیست‌محیطی ایمن‌تر است، جایگزین کند. مدارهای میکروسکوپی نازک‌تر مسی مقاومت الکتریکی را افزایش می‌دهند.
دانشمندان و مهندسان از زمان کشف گرافن توسط آندره گیم (Andre Geim) و کنستانتین نووسلف (Konstantin Novoselov) در سال ۲۰۰۴ در تلاش برای استفاده از گرافن در مدارهای نیمه‌رسانا بوده‌اند. گرافن صدها برابر رساناتر از مس است. بزرگ‌ترین مشکل این بود که گرافن قابل لحیم‌کاری نیست و در دماهای پایین با هیچ‌یک از فلزات دیگر مورد استفاده در مدارها به‌خوبی پیوند نمی‌خورد. گرافن بهترین مانع انتشار در جهان است که از اکسیداسیون و مهاجرت فلز در مدارها جلوگیری می‌کند.
فرآیند اتصال بلزا تنها فرآیند در جهان است که می‌تواند از گرافن دوبعدی برای اتصالات مدارها در مونتاژ دمای پایین تراشه‌های CMOS استفاده کند. این کار با تغییر ساختار بلوری فلز بستر که پوششی از آهن/نیکل است، انجام می‌شود. بستر با نورد فیزیکی یا عملیات سرمایشی برای چند ثانیه آماده می‌شود تا کریستال‌های مارتنزیت تشکیل شود که هنگام گرم شدن، کربن گرافن را جذب می‌کنند. این نوع فرآیند در عملیات حرارتی کربونیزاسیون فولاد برای چند صد سال استفاده شده است، اما بلزا اولین کسی است که از این فرآیند عملیات حرارتی برای مدارهای میکروالکترونیکی استفاده کرده است.
اتصال ایجادشده یک پیوند متالورژیکی واقعی است، زیرا گرافن به‌عنوان یک آلیاژ به بستر و تراشه‌های CMOS متصل می‌شود. رابط دارای مقاومت الکتریکی بسیار کمی است که سرعت مدار را افزایش می‌دهد. فرآیند بلزا می‌تواند برای تمام مدارهای نیمه‌رسانا استفاده شود. خواص کربن گرافن اکنون محوری بوده و بهترین گزینه برای اتصال این اتصالات است.
بلزا تحقیقاتی در مورد استفاده از این نوع اتصالات در اختراعات دیگر خود انجام داده است که در وب‌سایت او موجود است. ژنراتور ترموالکتریک بدون لحیم‌کاری نقطه شروع این تحقیقات در سال ۲۰۰۷ بود که اکنون با شماره ثبت اختراع US10,756,248 ثبت شده است و پس از آن با ثبت اختراع US11,380,833 ادامه یافت. او دو ثبت اختراع اتصال در سال‌های ۲۰۱۸ و ۲۰۲۱ دریافت کرد. ثبت اختراعات اتصال بلزا با شماره‌های US10,937,940 و US10,096,761 پایه و اساس کار فعلی او هستند و چندین درخواست ثبت اختراع اتصال دیگر نیز به‌زودی ارائه خواهد شد.
