Багатошарові структури з двовимірних нанокристалів можуть стати кращою заміною сучасних CMOS-транзисторів
Дослідники з університету Пурду (Purdue University) розробили новий тип напівпровідникової технології для майбутніх комп'ютерів та електронних пристроїв, яка може стати перевершує по багатьом параметрам заміною існуючої технології виготовлення напівпровідників, відомої як CMOS (complementary metal oxide semiconductor). Ця нова технологія заснована на використанні двовимірних нанокристалів, шарів матеріалу, товщиною менше одного нанометра. В якості матеріалу для цих двовимірних нанокристалів виступає дисульфід молібдену, молибденид, напівпровідниковий матеріал, якому пророкують велике майбутнє в області електроніки.
Нанокристали з молібденіту називають двовимірними з-за того, що товщина шарів матеріалу може бути мізерно мала в порівнянні з іншими розмірами цього кристала. У разі молібденіту вченим вже вдалося зробити шари цього матеріалу, товщиною всього у 0.7 нанометрів, що приблизно дорівнює товщині трьох або чотирьох атомів. Однак, результати проведених досліджень показали, що матеріал набуває видатні електричні характеристики, коли з двовимірних нанокристалів формують шаруваті структури, що складаються з 15 шарів, що мають товщину 8-12 нанометрів. І для того, щоб пояснити такий феномен дослідникам довелося розробити комп'ютерну модель, що описують всі експериментальні дані і спостереження.
"Наша модель є досить загальною, тому її можна застосувати до будь-шаруватої структурі, що складається з двовимірних шарів нанокристалів" - розповідає Сэптэрши Дас (Saptarshi Das), вчений з Центру Нанотехнологій університету Пурду.
Але, об'єднання двовимірних нанокристалів в шарувату структуру є не зовсім простою справою. В першу чергу це обумовлено тим, що кожен шар повинен мати надійний електричний контакт з металевим електродом і навіть електричне опір в місці контакту матеріалу з металом може зробити неможливим точне вимірювання характеристик напівпровідникових самого матеріалу. Для того, щоб обійти цю перешкоду дослідники використовували електроди, виготовлені з рідкого металу, скандію, що дозволило їм досліджувати одержаний багатошаровий матеріал і виміряти всі його електричні характеристики.
Всі польові транзистори містять один найважливіший елемент, що називається затвором, сигнал на якому дозволяє відкрити або закрити транзистор, дозволяючи або не дозволяючи йому проводити електричний струм. В кремнієвих транзисторах, що використовуються в сучасних чіпах, довжина затвора складає приблизно 14 нанометрів. Електрична ємність між затвором і іншими компонентами транзистора обмежує швидкість включення і вимикання транзистора, що визначає максимальну тактову частоту, на якій може працювати цей транзистор. Тому скорочення фізичних розмірів затвора, що дозволить зменшити його значення електричної ємності, дозволить значно підняти частоти роботи транзисторів і збільшити продуктивність комп'ютерних чіпів.
Провідні виробники напівпровідникових чіпів збираються до 2020 року зменшити розміри затворів польових транзисторів до 6 нанометрів, але подальше зменшення розмірів буде неможливим із-за технологічних обмежень виробничого процесу, заснованого на кремнієвих напівпровідниках. Ось саме в цей момент потрібні нові матеріали, використання яких дозволить подальше зменшення фізичних розмірів транзисторів, і одним з таких матеріалів є шаруватий матеріал з двовимірних молибденитовых нанокристалів.