На основе двух материалов одноатомной толщины создан рекордно малый транзистор
Однако, открытие новых материалов атомарной толщины, таких, как дисульфид молибдена, графен и углеродные нанотрубки открывает перед производителями электроники совершенно новые перспективы. К примеру, нет необходимости в изготовлении отдельных элементов транзистора, размером в 1 нанометр, если вместо этого можно использовать углеродную нанотрубку, имеющую такой же диаметр.В прошлом уже были созданы экземпляры транзисторов с управляющим электродом, затвором, из углеродной нанотрубки. К сожалению, процесс изготовления таких транзисторов вряд ли удастся поставить на промышленные рельсы, ведь для этого необходимо поместить каждую нанотрубку точно в заданном месте и в заданном положении. Да и остальная часть компонентов таких транзисторов имеет большие размеры, так как их конструкция полностью позаимствована из конструкции традиционного кремниевого транзистора.
Однако, международной группе ученых удалось разработать, изготовить и проверить в работе опытные образцы новых транзисторов, имеющих уникальную на сегодняшний день структуру и рекордно малый размер. В качестве затвора в этом транзисторе выступает крайняя кромка крошечного листа графена, а канал транзистора (сток-исток) изготовлен из другого условно плоского материала - пленки дисульфида молибдена.
Опытные образцы транзисторов были изготовлены на кремниевой подложке, покрытой изолирующим слоем из диоксида кремния. Но в самой структуре транзистора кремниевых элементов нет вообще. На поверхность подложки был напылен слой алюминия, которому дали окислиться и сформировать на поверхности еще один диэлектрический слой из окиси алюминия.
Затем на получившийся многослойный "бутерброд" был уложен кусок графеновой пленки и поверх нее был нанесен еще один изолирующий слой из окиси алюминия. После формовки получившейся структуры вся поверхность была покрыта окисью гафния, что обеспечило наличие крошечного зазора строго заданной толщины между графеновым затвором и другими элементами структуры транзистора. Далее на поверхность получившейся уже трехмерной структуры была уложена пленка дисульфида молибдена. При этом, пленка укладывалась так, чтобы быть максимально близко к кромке графенового затвора. И в результате был изготовлен транзистор с затвором, длина которого равна толщине графена, размеру одного атома углерода - 0.34 нанометра. А на заключительном этапе изготовления в определенных точках пленки дисульфида молибдена были подключены металлические электроды, сток и исток транзистора.
Большинство параметров нового типа транзисторов были известны еще заранее из результатов проведенного компьютерного моделирования. Всего было создано несколько десятков опытных образцов этих транзисторов, многие из которых были "принесены в жертву" и использовались для проверки правильности укладки и формовки структуры при помощи рентгеновского излучения.
Но оставшиеся транзисторы были использованы уже для проведения экспериментов, которые показали, что эти структуры функционируют так, как и должен функционировать транзистор, и позволили измерить некоторые из характеристики. Проведенные измерения показали, что новые транзисторы обладают крайне малыми утечками, но требуют для надежной работы несколько большего, чем расчетное, напряжения на управляющем электроде, затворе.
В настоящее время исследователи уже разработали несколько способов дальнейшего улучшения структуры, параметров и процесса производства новых транзисторов. Но самым главным во всем этом является демонстрация того, что полностью функциональные и малогабаритные транзисторы могут быть изготовлены исключительно из двумерных материалов. При этом, для их изготовления используются те же самые инструменты и технологии, которые широко применяются в электронной промышленности и давно уже прошли проверку временем.
И в заключение следует отметить, что до того момента, когда миллионы и миллиарды таких транзисторов можно будет штамповать на подложке одного чипа, ученым придется пройти долгий путь из экспериментов и исследований. Но самое главное - первый шаг на этом пути уже сделан!
