Pengganti Silikon, Satu Terobosan Baru

Spengganti untukSikon,A NewBtembus semula

Penyelidik sedang membuat transistor mini menggunakan wayar logam paling nipis di dunia sebagai elektrod get, komponen utama yang mengawal pembukaan dan penutupan transistor.

Daripada menggunakan silikon atau logam, para penyelidik membuat pintu keluar daripada molibdenum disulfida - semikonduktor yang boleh menggantikan silikon dalam dekad yang akan datang. Apabila dua kepingan MoS2 yang salah letak digabungkan, sempadannya menjadi wayar sahaja 0.4 nanometer tebal, jauh lebih kecil daripada bahagian terkecil transistor dalam CPU tercanggih hari ini. Para penyelidik, kebanyakannya berpangkalan di Institut Sains Asas Daejeon di Korea, menyepadukan wayar sebagai komponen utama transistor ultra-kecil.

Kerja mereka menandakan kali pertama garis sempadan ini digunakan untuk membuat transistor. Kaedah mereka mungkin tidak dalam pengeluaran komersil dalam masa terdekat, tetapi pencapaian itu mungkin menggalakkan penyelidik untuk meneroka lebih jauh wayar tersebut dan membuat lebih banyak transistor praktikal pada tahun-tahun akan datang.

Molibdenum disulfida ialah contoh tipikal semikonduktor dua dimensi. Silikon dan semikonduktor lain yang digunakan hari ini memerlukan dimensi ketiga yang kompleks untuk berfungsi dengan baik. Tetapi seperti namanya, semikonduktor dua dimensi boleh dibina dalam lapisan satah.

Graphene (lapisan atom karbon) mungkin merupakan bahan dua dimensi yang paling terkenal, tetapi saintis dan jurutera telah mencapai kemajuan yang luar biasa dengan MoS2 dan serupa yang dipanggil disulfida logam peralihan. Dalam kes MoS2, struktur molekul sebatian menjadikannya hanya tiga atom (kira-kira 0.4 nanometer) tebal.

Molibdenum disulfida mungkin mempunyai satu lagi kelebihan utama dalam mengurangkan panjang get (jarak antara sumber dan longkang) transistor, pembawa cas masuk dan keluar transistor, penyelidikan terkini telah menolak kemungkinan panjang get silikon sebagai kecil sekitar 5 nanometer, tetapi lebih pendek panjang gerbang transistor silikon, lebih besar kemungkinan ia bocor apabila ia dimatikan. Molibdenum disulfida mempunyai jurang jalur yang besar, yang mungkin menjadikannya lebih kalis bocor.

Sudah tentu, penyelidik masih belum mengenal pasti cara untuk mengarang transistor MoS2 dengan panjang get sub-nanometer. Sesetengah makmal telah mencapai ini dengan menggunakan bahan yang berbeza sebagai gerbang - mengarang transistor MoS2 dengan pintu nipis yang dibuat daripada tepi satu lapisan graphene atau satu tiub nano karbon (pada asasnya menggulung graphene ke dalam tiub yang sangat nipis).

Penyelidik di Institut Sains Asas tertanya-tanya sama ada mereka memerlukan bahan lain, atau jika mereka boleh bergantung pada harta khas MoS2 itu sendiri.

Apabila MoS2 ditanam di atas nilam, substrat semikonduktor 2D biasa, bahan tersebut cenderung berkembang dalam satu daripada dua arah yang mungkin, setiap satu berperingkat 60 darjah antara satu sama lain. Jika anda membuat sekeping dalam satu arah menyentuh sekeping di sebelah yang lain, kedua-duanya akan membentuk garisan di sempadan, seperti jalan pada sudut ganjil, di mana dua grid jalan bandar berperingkat bertemu.

Para saintis bahan telah mengetahui sempadan ini selama beberapa tahun dan memanggilnya sempadan kembar cermin (MTB). Salah satu ukuran menunjukkan bahawa 0.4 nm tebal MTB ialah wayar paling nipis yang pernah dibuat. Penyelidik di Institut Sains Asas percaya mereka boleh menggunakan wayar ini sebagai pintu untuk transistor yang diperbuat daripada bahan sekeliling.

Untuk mencapai matlamat ini, para penyelidik mula-mula memulakan dengan dua keping molibdenum disulfida yang salah letak dengan garis MTB di antaranya. Di atasnya, mereka meletakkan lapisan nipis alumina sebagai penebat. Di atasnya, mereka meletakkan satu lagi lapisan molibdenum sulfida dengan ketebalan atom, dan kemudian meletakkan di atasnya sumber yang meningkat dan elektrod longkang. Secara keseluruhan, mereka mencipta sejumlah 36 FET berfungsi dengan elektrod pintu ultra-nipis.

Penyelidik optimis bahawa teknologi mereka, atau sesuatu seperti itu, suatu hari nanti boleh menjadi asas untuk peranti pembuatan. Jo Moon-Ho, seorang penyelidik di Institut Sains Asas dan salah seorang penyelidik, berkata dalam satu kenyataan: "Ia dijangka menjadi teknologi utama untuk pembangunan pelbagai peranti elektronik berkuasa rendah dan berprestasi tinggi pada masa hadapan. ." "Pada masa hadapan, penyelidik mungkin dapat mereka bentuk elektronik dengan kawalan yang lebih baik terhadap ciri wayar.

Walau bagaimanapun, Eric Pop, seorang jurutera elektrik di Universiti Stanford (yang bekerja di MoS 2 dan tidak terlibat dalam kajian itu), tidak optimistik tentang kemungkinan pendekatan sempadan beralih dari makmal ke kilang. "Saya tidak fikir penggunaannya sebagai elektrod pintu adalah jalan untuk aplikasi perindustrian, " kata Pop. "Pintu harus logam dan bercorak ke dalam geometri litar, " katanya, atau jurutera kehilangan keupayaan kritikal untuk mengawal voltan ambang pintu.

Di samping itu, Pop berkata bahawa mengembangkan semikonduktor 2D pada nilam seperti Moon dan rakan sekerja tidak sesuai. Selepas ditanam di atas nilam, bahan dua dimensi mesti dipindahkan dengan susah payah ke wafer silikon. Sebaliknya, Pop mengatakan bahawa semikonduktor 2D praktikal harus ditanam secara langsung pada bahan seperti silika atau silikon.

Walaupun kebimbangan Pope, beliau memanggil kajian itu sebagai "sains yang baik" dan amat berguna untuk saintis yang bekerja dengan MTB.