Американские ученые разработали метод, который позволяет синтезировать ультратонкие монокристаллические транзисторы на полупроводниковых пластинах. Это поможет в дальнейшем внедрении 2D-материалов для разработки процессоров следующего поколения. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Согласно закону Мура, количество транзисторов, размещенных на микрочипе, удваивалось ежегодно начиная с 1960-х гг. Однако сейчас в этой сфере наблюдается застой из-за того, что кремний — основа для современных транзисторов — теряет свои электрические свойства при уменьшении до определенных размеров. В качестве альтернативе кремнию ученые уже предложили 2D-материалы, толщина которых может составлять всего один или несколько атомов. Проводящие свойства таких материалов значительно превосходят кремний. В то же время исследователи столкнулись с проблемой синтеза 2D-материалов на полупроводниковых кремниевых пластинах, которые используются в индустрии. Обычно для получения ультратонких двумерных пленок с объемного материала просто срезаются слои. Однако объемные материалы являются поликристаллическими, то есть в них содержится множество кристаллов, растущих в случайных направлениях. На границах между этими кристаллами образуется электрический барьер, нарушающий ток электронов и снижающий проводимость. Из-за этого предпочтительнее работать с монокристаллическими регионами, но их поиск достаточно труден. Не так давно ученые открыли другие способы синтеза монокристаллических 2D-материалов. Они выращивали материалы на сапфировых пластинах. Из-за того, что сапфир образует узор из правильных шестиугольников, кристаллы тоже растут в одних и тех же направлениях. Но сапфир не используется в промышленности, вместо него предпочтительнее остается кремний, на котором кристаллы растут в случайных направлениях.
Американские ученые разработали новый метод получения тонких 2D-материалов на кремниевых пластинах. Для этого они использовали метод химического осаждения из газовой фазы. Атомы материала осаждаются на пластине и образуют «ядра», или зародыши, кристаллов. Они растут в случайных направлениях на пластине. Чтобы избежать этого, ученые поместили на пластину слой-маску. Они нанесли на нее слой диоксида кремния, структура которого образовывала небольшие карманы. Затем при осаждении из газовой фазы каждый зародыш кристалла попадал в карман. В результате получался монокристаллический 2D-материал. Используя этот метод, ученые смогли создать простой транзистор из дихалькогенидов переходных металлов.
С помощью своего метода ученые также смогли сделать многослойное устройство. Нанеся слой-маску, они заполнили половину карманов одним типом материала, а вторую половину – другим. В результате в каждом кармане образовалась двухслойная структура. Этот метод позволяет синтезировать ультратонкие, гибкие и мультифункциональные пленки.
Ученые убеждены, что разработанный ими метод поможет в разработке процессоров следующего поколения. Они решили проблему, которая препятствовала дальнейшему уменьшению девайсов, и теперь исследователи могут вернуться к внедрению 2D-материалов в эту сферу.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
