มหาวิทยาลัยพรินซ์ตันพัฒนาสารกึ่งตัวนำที่ตั้งโปรแกรมได้ ปรับคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วยแสง

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันได้พัฒนาสารกึ่งตัวนำแผ่นบางที่สามารถตั้งโปรแกรม ลบ และตั้งโปรแกรมใหม่ได้ด้วยแสงความยาวคลื่นต่าง ๆ ต่างจากสารกึ่งตัวนำทั่วไปที่คุณสมบัติทางไฟฟ้าถูกกำหนดอย่างถาวรหลังการผลิต วัสดุใหม่นี้สามารถปรับแต่งซ้ำได้หลายครั้ง ทีมวิจัยได้รวมสารกึ่งตัวนำสองมิติเข้ากับโมเลกุลที่ตอบสนองต่อแสง เมื่อฉายแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะ โครงสร้างของโมเลกุลเหล่านี้จะเปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลต่อคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และทางแสงของสารกึ่งตัวนำ ทำให้สามารถควบคุมการตอบสนองได้โดยไม่ต้องสร้างวัสดุขึ้นใหม่

นักวิจัยระบุว่าในที่สุดแล้วอาจนำไปสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถเปลี่ยนฟังก์ชันได้หลังการผลิต แทนที่จะถูกกำหนดอย่างถาวรในกระบวนการผลิต

วิธีการใหม่ในการควบคุมสารกึ่งตัวนำด้วยแสง

แสงเปิดทางใหม่ในการควบคุมสารกึ่งตัวนำ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมคอมพิวเตอร์และผู้เขียนหลักของงานวิจัย Saien Xie กล่าวว่า "ขั้นตอนแรกของการสร้างวัสดุอัจฉริยะคือความสามารถในการตอบสนอง ระบบชีวิตมีความฉลาดอย่างมากเพราะพวกมันรับรู้และตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมรอบตัวอยู่ตลอดเวลา เราต้องการสร้างวัสดุที่สามารถตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายนอกในลักษณะคล้ายคลึงกัน แทนที่จะถูกกำหนดอย่างถาวร" วัสดุนี้ยังก้าวข้ามพฤติกรรมทวิภาวะของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์แบบดั้งเดิม การตอบสนองไม่ได้จำกัดเพียงสถานะเปิดหรือปิด แต่สามารถปรับได้อย่างค่อยเป็นค่อยไป แล้วย้อนกลับสถานะได้ด้วยแสง

Ji กล่าวว่า "เราสามารถปรับการตอบสนองของวัสดุทีละน้อย แล้วย้อนกลับกระบวนการได้" ความสามารถนี้มาจากอันตรกิริยาระหว่างสารกึ่งตัวนำกับโมเลกุลที่ยึดติดอยู่ การเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลจะเปลี่ยนสภาพการนำไฟฟ้าและการตอบสนองต่อแสงของสารกึ่งตัวนำ ทำให้นักวิจัยมีวิธีปรับคุณสมบัติแบบไดนามิก

ศักยภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตั้งโปรแกรมได้

งานวิจัยนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตั้งโปรแกรมได้ เนื่องจากการเปลี่ยนพฤติกรรมของอุปกรณ์มักต้องใช้ฮาร์ดแวร์หรือวงจรที่แตกต่างกัน ทีมวิจัยได้ผลิตแผ่นสารกึ่งตัวนำที่มีความสม่ำเสมอขนาด 1 นิ้ว x 1 นิ้ว จากวัสดุนี้ นักวิจัยได้สร้างอาเรย์ของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตั้งโปรแกรมได้ แสดงให้เห็นว่าพฤติกรรมการควบคุมด้วยแสงสามารถนำไปใช้ในโครงสร้างที่ใช้งานได้จริง ไม่ใช่เพียงตัวอย่างขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการ ขั้นตอนต่อไปคือการเชื่อมต่อสวิตช์เหล่านี้เข้ากับวงจร วงจรเป็นหน่วยพื้นฐานในการสร้างระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ดังนั้นการแสดงวงจรที่ทำงานได้จะทำให้เทคโนโลยีนี้ใกล้เคียงกับอุปกรณ์ที่ใช้งานได้จริงมากขึ้น

นักวิจัยจินตนาการว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถปรับเปลี่ยนได้หลังออกจากกระบวนการผลิต วิธีนี้จะทำให้ฮาร์ดแวร์ชุดเดียวกันสามารถรับหน้าที่ต่างกันได้ โดยไม่จำเป็นต้องออกแบบสารกึ่งตัวนำใหม่ทั้งหมดสำหรับแต่ละการใช้งาน Saien Xie กล่าวว่า "วิสัยทัศน์ระยะยาวของเราคือการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ฟังก์ชันไม่ถูกกำหนดอีกต่อไปในกระบวนการผลิต เราหวังที่จะออกแบบอุปกรณ์ที่สามารถปรับคุณสมบัติใหม่แบบไดนามิกหลังการผลิตได้ งานนี้แสดงให้เห็นถึงก้าวสำคัญสู่เป้าหมายดังกล่าว" แนวทางนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยเบื้องต้น การสาธิตในปัจจุบันแสดงให้เห็นถึงสวิตช์สารกึ่งตัวนำที่ตั้งโปรแกรมได้ ส่วนการรวมวงจรรวมขนาดใหญ่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สมบูรณ์ยังคงเป็นเป้าหมายในอนาคต

หากสามารถขยายขนาดเทคโนโลยีนี้ได้ แสงอาจเป็นวิธีใหม่ในการควบคุมคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำโดยไม่ต้องดัดแปลงวัสดุพื้นฐานทางกายภาพ ซึ่งจะปูทางไปสู่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับตัวได้มากกว่าชิปที่มีฟังก์ชันตายตัวในปัจจุบัน

งานวิจัยนี้มีชื่อว่า "Large-area, optically programmable 2D semiconductors functionalized with photochromic molecules" ตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances

มุมมองในอนาคตสำหรับสารกึ่งตัวนำที่ตั้งโปรแกรมด้วยแสง

งานวิจัยนี้แสดงศักยภาพของการควบคุมคุณสมบัติของสารกึ่งตัวนำผ่านแสง ซึ่งไม่เพียงเพิ่มความยืดหยุ่นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่ยังช่วยลดความจำเป็นในการใช้ฮาร์ดแวร์ใหม่ เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคตอาจฉลาดยิ่งขึ้น สามารถปรับฟังก์ชันแบบไดนามิกตามการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม สำหรับตลาดเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้หมายถึงความสามารถในการปรับตัวและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น และอาจเปลี่ยนความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์