Это усовершенствование может позволить использовать 2D-транзисторы для более мелких компонентов микросхем

Атомарно тонкие материалы являются многообещающей альтернативой транзисторам на основе кремния; теперь исследователи могут более эффективно подключать их к другим элементам чипа.

Закон Мура, известный прогноз о том, что количество транзисторов, которые можно разместить на микрочипе, будет удваиваться каждые пару лет, натыкается на основные физические ограничения. Эти ограничения могут остановить десятилетия прогресса, если не будут найдены новые подходы.

Одно из новых изучаемых направлений — использование атомарно тонких материалов вместо кремния в качестве основы для новых транзисторов, но соединение этих «двухмерных» материалов с другими традиционными электронными компонентами оказалось затруднительным.

Теперь исследователи из Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета в Беркли, Тайваньской компании по производству полупроводников и других стран нашли новый способ создания этих электрических соединений, который может помочь раскрыть потенциал 2D-материалов и способствовать миниатюризации компонентов — возможно, этого достаточно. чтобы расширить закон Мура, по крайней мере, в ближайшем будущем, говорят исследователи.

«Мы решили одну из самых больших проблем миниатюризации полупроводниковых устройств — контактное сопротивление между металлическим электродом и однослойным полупроводниковым материалом», — сказал доктор Конг Су, который сейчас работает в Калифорнийском университете в Беркли. Решение оказалось простым:использование полуметалла, элемента висмута, вместо обычных металлов для соединения с монослойным материалом.

Такие сверхтонкие монослойные материалы, в данном случае дисульфид молибдена, рассматриваются как главный претендент на то, чтобы обойти пределы миниатюризации, с которыми в настоящее время сталкивается технология транзисторов на основе кремния. Но, по словам Су, создание эффективного интерфейса с высокой проводимостью между такими материалами и металлическими проводниками для их соединения друг с другом и с другими устройствами и источниками питания было проблемой, сдерживающей продвижение к таким решениям.

Поверхность раздела между металлами и полупроводниковыми материалами (включая эти однослойные полупроводники) вызывает явление, называемое щелевым состоянием, индуцированным металлом, которое приводит к образованию барьера Шоттки, явление, которое препятствует потоку носителей заряда. Использование полуметалла, электронные свойства которого занимают промежуточное положение между металлами и полупроводниками, в сочетании с надлежащим энергетическим балансом между двумя материалами помогло устранить проблему.

Доктор Юйсюань Линь объяснил, что быстрый темп миниатюризации транзисторов, из которых состоят компьютерные процессоры и микросхемы памяти, затормозился раньше, примерно в 2000 году, пока новая разработка, позволившая создать трехмерную архитектуру полупроводниковых устройств на микросхеме, не сломала затор в 2007 году, и быстрый прогресс возобновился. Но теперь, по его словам, "мы думаем, что находимся на краю еще одного узкого места".

Так называемые двумерные материалы, тонкие листы толщиной всего в один или несколько атомов, отвечают всем требованиям для дальнейшего скачка в миниатюризации транзисторов, потенциально уменьшая в несколько раз ключевой параметр, называемый длиной канала — примерно с 5 до 10. нанометров в современных передовых чипах до субнанометрового масштаба. Широко исследуются различные такие материалы, включая семейство соединений, известных как дихалькогениды переходных металлов. Дисульфид молибдена, использованный в новых экспериментах, принадлежит к этому семейству. Проблема достижения металлического контакта с низким сопротивлением с такими материалами также препятствует фундаментальным исследованиям физики этих новых монослойных материалов. Поскольку существующие методы соединения имеют такое высокое сопротивление, крошечные сигналы, необходимые для отслеживания поведения электронов в материале, слишком слабы, чтобы пройти.

Выяснение того, как масштабировать и интегрировать такие системы на коммерческом уровне, может занять некоторое время и потребовать дальнейшего проектирования. Но для таких физических приложений, говорят исследователи, влияние новых открытий можно было бы ощутить быстро.

Тем временем исследователи продолжают исследования, продолжая уменьшать размер своих устройств и искать другие пары материалов, которые могли бы обеспечить лучший электрический контакт с другим типом носителей заряда — дырками. Они решили проблему для так называемого транзистора N-типа, но если они смогут найти комбинацию материала канала и электрического контакта, позволяющую также создать эффективный монослойный транзистор P-типа, это откроет много новых возможностей для следующего поколения. чипсы, говорят они.