Исследователи из Стэнфордского университета изобрели технологию производства гибких и тонких транзисторов длиной менее 100 нанометров. Это в несколько раз меньше, чем предшествующие разработки. Метод описан в статье, опубликованной в журнале Nature Electronics.
Ультратонкие и гибкие компьютерные схемы были целью многих инженерных разработок в течение нескольких лет, но технические препятствия не позволяли достичь желаемой степени миниатюризации, необходимой для высокой производительности. Однако по мере развития технологий идея так называемой «флекстроники» приближается к реальности. Такая электроника представляет собой гибкие, но энергоэффективные компьютерные схемы, которые можно, например, носить на теле человека или имплантировать под кожу для выполнения множества задач, связанных со здоровьем. Среди материалов для гибкой электроники перспективными оказались двумерные полупроводники, обладающие превосходными механическими и электрическими свойствами даже на наноуровне. Эти характеристики делают их наиболее эффективными в сравнении с обычными кремниевыми или органическими материалами.
Но для производства этих невероятно тонких устройств требуется слишком высокая температура, которая может расплавить используемые гибкие пластиковые подложки в процессе создания схем. Новая методика, разработанная американскими исследователями, предполагает поэтапное производство гибких устройств, при котором в качестве базовой подложки подходит любое негибкое вещество, выдерживающее высокую температуру. Исследователи предложили поверх покрытой стеклом пластины кремния нанести атомарно тонкую пленку двумерного полупроводникового дисульфида молибдена (MoS2) с наноразмерными золотыми электродами. Метод наслоения, известный как химическое осаждение из газовой фазы (CVD), позволяет наносить пленку MoS2 по одному слою атомов за раз. Полученная пленка имеет толщину всего в три атома, но выдерживает температуру в 850 °C. Для сравнения, гибкая подложка, изготовленная из тонкого пластика, потеряла бы свою форму при 360 °C и полностью разложилась бы при более высоких температурах. В результате получаются гибкие транзисторы, способные в несколько раз повысить производительность по сравнению с любыми ранее изготовленными атомарно тонкими полупроводниками.
«В конце концов вся структура имеет толщину всего пять микрон, включая гибкий полиимид, — рассказал Эрик Поп. — Это примерно в десять раз тоньше человеческого волоса».
Хотя технические достижения в производстве наноразмерных транзисторов на гибком материале примечательны сами по себе, исследователи также описали их устройства как «высокопроизводительные». Это означает, что они способны обрабатывать большие электрические токи при работе на низком напряжении. Завершив разработку прототипа, ученые приступили к следующему этапу по усовершенствованию устройств. Они построили аналогичные транзисторы, используя два других тонких полупроводника (MoSe2 и WSe2), чтобы продемонстрировать широкую применимость метода.
Исследователи также занимаются изучением интеграции радиосхем с устройствами, которые позволят будущим прототипам взаимодействовать с внешним миром с помощью беспроводной связи. Это еще один большой скачок в области флекстроники, который будет особенно актуален для устройств, имплантированных в человеческое тело или интегрированных с другими технологиями.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
