Компонент автомобильной смазки позволил создать самый маленький транзистор
Схема транзистора с проводящим каналом из дисульфида молибдена и затвором из 1-нанометровой углеродной нанотрубки.
Фото: © Sujay Десаи / UC Berkeley
Используя комбинацию дисульфида молибдена и углеродных нанотрубок, учёные смогли сделать самый миниатюрный "кирпичик" для электроники за всю историю.
Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли (США) сконструировали из необычных материалов транзистор с размером затвора всего в один нанометр. Это во много раз меньше, чем считалось теоретически возможным ранее, и примерно на порядок меньше, чем у лучших современных транзисторов промышленного производства. Соответствующая статья опубликована в Science.
Обычно транзистор состоит из истока (отсюда электрон появляется в транзисторе), стока (через него электрон уходит из транзистора) и затвора (переключает транзистор из проводящего в непроводящее состояние). Чаще всего транзисторы делают из кремния. Однако если кремниевые затворы делать меньше 5 нанометров, электроны начнут "просачиваться" через них. Несколько лет назад учёные начали широко экспериментировать с новым двумерным материалом — плёнками из дисульфида молибдена толщиной в один атом.
Дисульфид молибдена — компонент "продвинутых" автомобильных смазок. Теперь исследователи решили использовать его как транзисторный материал. В качестве электрода, подходящего к затвору, применили углеродную нанотрубку. Эксперимент поставили, чтобы выяснить, насколько потенциально можно уменьшить транзисторы и создаваемую на их основе электронику.
В результате удалось создать транзистор на кремниевой подложке, погрузив электрод затвора в диоксид циркония (изолятор), покрытый сверху тонким слоем дисульфида молибдена (полупроводник). Авторы работы отмечают, что полученный при этом затвор нанометровой длины эффективно работал и продемонстрировал отличные характеристики. Слой дисульфида молибдена также хорошо проводил электроны. Обычно кремний обладает лучшей электронной проводимостью. На слое такой малой толщины его проводимость чересчур велика: электроны "проскакивают" через транзистор, и их невозможно остановить. В дисульфиде молибдена при таких размерах транзистора проводимость как раз достаточная, чтобы эти частицы удалось контролировать.
Исследование показывает, что элементы транзистора классической схемы можно уменьшить во много раз относительно размеров, которые ранее считались минимально возможными. Однако перейти от лабораторных экспериментов к массовому производству такой электроники будет непросто. Современное оборудование для литографии не работает с настолько малыми величинами, и фабрики по производству микросхем придётся существенно модернизировать. Пока новая технология создания транзисторов в самом начале своего развития. Когда электроника массово перейдёт на неё, трудно спрогнозировать точно.
