Команда исследователей Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), что в Сан-Франциско, сделали прорыв в области размеров транзисторов. Али Джави (Ali Javey) и его коллегам удалось создать затвор размером всего 1 нм. Как известно, в полупроводниках на основе кремния затвор не может быть меньше, чем 5 нм.
Ученые использовали карбоновые нанотрубки и дисульфид молибдена (MoS2), который обычно служит в качестве смазки для двигателей. Однако этот материал обладает большим потенциалом для использования в сфере светодиодов, солнечных батарей, лазеров и так далее. Используя дисульфид молибдена вместо кремния, ученым удалось уменьшить размер затвора транзистора в пять раз.
«В полупроводниковой индустрии долгое время считалось, что любой затвор меньше 5 нанометров просто не будет работать, поэтому никто и не думал о том, чтобы уменьшить его», - говорит один из авторов работы и студент Беркли Суджай Десай (Sujay Desai). «Наше исследование показывает, что и за пределами 5-нм величины затвора есть практическое применение. Производители уже практически вплотную подошли к предельным размерам полупроводников на кремнии. Изменив материал на MoS2, мы можем изготовить транзистор с затвором всего лишь в 1 нм».
Транзисторы состоят из истока, стока и затвора. Ток протекает от истока до стока через канал под затвором. Приложенное к затвору напряжение увеличивает или уменьшает ширину канала, контролируя ток. Кремний и дисульфид молибдена оба обладают кристаллической решеткой. Однако при протекании через кремний, электроны испытывают меньшее сопротивление по сравнению с MoS2. Если затвор транзистора будет меньше 5 нм, он не сможет блокировать электроны от протекания в обоих направлениях. При этом возникает так называемый туннельный эффект, и затвор уже нельзя включить или выключить. При использовании дисульфида молибдена электроны сталкиваются с большим сопротивлением, что позволяет уменьшить размер затвора.
Учитывая такие маленькие размеры, традиционная УФ-литография не подходит для создания затвора, поэтому ученые выбрали для этого углеродные нанотрубки. В ходе эксперимента исследователям удалось доказать, что подобное сочетание может успешно контролировать поток электронов через затвор величиной менее одного нанометра. Однако до использования этой технологии в чипах может пройти еще очень долгое время, ведь неизвестно, как поведут себя эти материалы в серийном производстве.
Результаты работы были опубликованы в журнале Science. Полную статью на английском языке можно прочитать, перейдя по этой ссылке.