Substitut del silici, un nou avenç

Ssubstitut deSilicon,A NewBreacció

Els investigadors estan fent transistors en miniatura utilitzant el cable metàl·lic més prim del món com a elèctrode de porta, un component clau que controla l'obertura i el tancament del transistor.

En lloc d'utilitzar silici o metall, els investigadors van fer la porta amb disulfur de molibdè, un semiconductor que podria substituir el silici en les properes dècades. Quan es combinen dues peces fora de lloc de MoS2, el seu límit es converteix en un cable de només 0,4 nanòmetres de gruix, molt més petit que la part més petita d'un transistor de les CPU més avançades actuals. Els investigadors, basats principalment a l'Institut de Ciència Bàsica de Daejeon a Corea, van integrar el cable com a component clau del transistor ultra petit.

El seu treball és la primera vegada que aquestes línies de límit s'han utilitzat per fabricar transistors. És possible que el seu mètode no estigui en producció comercial aviat, però la gesta pot animar els investigadors a explorar més aquests cables i fer transistors més pràctics en els propers anys.

El disulfur de molibdè és un exemple típic de semiconductor bidimensional. El silici i altres semiconductors que s'utilitzen avui en dia requereixen una tercera dimensions complexes per funcionar correctament. Però, com el seu nom indica, els semiconductors bidimensionals es poden construir en capes planes.

El grafè (una capa d'àtoms de carboni) pot ser el material bidimensional més conegut, però els científics i enginyers han fet un progrés increïble amb MoS2 i els anomenats disulfurs de metalls de transició similars. En el cas del MoS2, l'estructura molecular del compost fa que només tingui tres àtoms (uns 0,4 nanòmetres) de gruix.

El disulfur de molibdè pot tenir un altre avantatge clau per reduir la longitud de la porta (la distància entre la font i el drenatge) d'un transistor, els portadors de càrrega entren i surten del transistor, la investigació d'última generació ha empès la possible longitud de la porta del silici com a petit com uns 5 nanòmetres, però com més curta sigui la longitud de la porta d'un transistor de silici, més probabilitats hi haurà de fugir quan està apagat. El disulfur de molibdè té una gran bretxa de banda, que pot fer-lo més a prova de fuites.

Per descomptat, els investigadors encara no han identificat una manera de fabricar transistors MoS2 amb longituds de porta subnanomètriques. Alguns laboratoris ho han aconseguit utilitzant diferents materials com a portes: fabricant transistors MoS2 amb portes primes fetes a partir de les vores d'una sola capa de grafè o d'un únic nanotub de carboni (essencialment enrotllant el grafè en tubs molt prims).

Els investigadors de l'Institut de Ciències Bàsiques es van preguntar si necessitaven un altre material o si podrien confiar en una propietat peculiar del propi MoS2.

Quan el MoS2 es cultiva sobre safir, un substrat semiconductor 2D comú, el material tendeix a créixer en una de les dues direccions possibles, cadascuna esglaonada 60 graus l'una de l'altra. Si feu que una peça en una direcció toqui una peça en l'altra, les dues formaran una línia a la vora, com una carretera amb angles estranys, on es troben dues quadrícules de carrers de la ciutat esglaonades.

Els científics de materials coneixen aquests límits des de fa diversos anys i els han anomenat límits bessons mirall (MTB). Una de les mesures va demostrar que la MTB de 0,4 nm de gruix era el cable més prim mai fet. Els investigadors de l'Institut de Ciències Bàsiques creuen que poden utilitzar aquests cables com a portes per a transistors fets amb materials circumdants.

Per aconseguir-ho, els investigadors van començar primer amb dues peces de disulfur de molibdè fora de lloc amb una línia MTB entremig. Al damunt hi van col·locar una fina capa d'alúmina com a aïllant. A sobre, van col·locar una altra capa de sulfur de molibdè de gruix atòmic, i després hi van col·locar un elèctrode de font i drenatge augmentat. En total, van fabricar un total de 36 FET funcionals amb elèctrodes de porta ultrafina.

Els investigadors són optimistes que la seva tecnologia, o alguna cosa semblant, algun dia podria convertir-se en la base per a la fabricació de dispositius. Jo Moon-Ho, investigador de l'Institut de Ciències Bàsiques i un dels investigadors, va dir en un comunicat: "S'espera que es converteixi en una tecnologia clau per al desenvolupament de diversos dispositius electrònics de baix consum i d'alt rendiment en el futur. ." "En el futur, els investigadors poden ser capaços de dissenyar electrònica amb un millor control de les característiques dels cables.

Tanmateix, Eric Pop, enginyer elèctric de la Universitat de Stanford (que treballa a MoS 2 i no va participar en l'estudi), no és optimista sobre la possibilitat que l'enfocament de la frontera passi del laboratori a la fàbrica. "No crec que el seu ús com a elèctrode de porta sigui una via per a aplicacions industrials", diu Pop. "La porta ha de ser metàl·lica i modelada a la geometria del circuit", diu, o l'enginyer perd la capacitat crítica de controlar la tensió del llindar de la porta.

A més, Pop va dir que el creixement de semiconductors 2D en safirs com Moon i els seus col·legues no és ideal. Després de créixer sobre safir, el material bidimensional s'ha de transferir laboriosament a una hòstia de silici. En canvi, Pop diu que els pràctics semiconductors 2D s'han de cultivar directament sobre materials com la sílice o el silici.

Malgrat les preocupacions de Pope, va qualificar l'estudi de "bona ciència" i especialment útil per als científics que treballen amb BTT.