Новые ультратонкие полупроводниковые материалы превосходят некоторые «секретные» возможности кремния

Теперь инженеры-электрики из Стэнфорда определили два полупроводника — диселенид гафния и диселенид циркония — которые разделяют или даже превосходят некоторые из желаемых свойств кремния, начиная с того факта, что все три материала могут «ржаветь».«Это немного похоже на ржавчину, но очень желанная ржавчина», — сказал Эрик Поп, доцент электротехники, который в соавторстве с ученым-докторантом Михалом Млечко опубликовал статью, опубликованную в журнале Science Advances.

Новые материалы также можно сжать до функциональных цепей толщиной всего в три атома, и они требуют меньше энергии, чем кремниевые цепи. Несмотря на то, что эти материалы все еще являются экспериментальными, исследователи заявили, что эти материалы могут стать шагом к созданию более тонких и энергоэффективных чипов, которые потребуются устройствам будущего.Сильные стороны кремнияПо словам Попа, кремний обладает несколькими качествами, благодаря которым он стал основой электроники.

Во-первых, он наделен очень хорошим «родным» изолятором, диоксидом кремния или, проще говоря, кремниевой ржавчиной. Воздействие кислорода на кремний во время производства дает производителям микросхем простой способ изолировать свои схемы.

Другие полупроводники не «ржавеют» до хороших изоляторов при воздействии кислорода, поэтому на них необходимо накладывать дополнительные изоляторы, что создает инженерные проблемы. Оба диселенида, испытанные Стэнфордской группой, образовывали этот неуловимый, но высококачественный изолирующий слой ржавчины при воздействии кислорода.Оба сверхтонких полупроводника не только ржавеют, но и даже более желательно, чем кремний. Они образуют так называемые изоляторы с высоким содержанием K, которые позволяют работать с меньшей мощностью, чем это возможно с кремнием и его изолятором из оксида кремния.

Когда исследователи из Стэнфорда начали уменьшать диселениды до атомной толщины, они поняли, что эти ультратонкие полупроводники обладают еще одним секретным преимуществом кремния: энергия, необходимая для включения транзисторов — критический шаг в вычислениях, называемый запрещенной зоной, — достаточно проста. -правый диапазон. Слишком низкий уровень — и цепи протекают и становятся ненадежными. Слишком высокий, и чип потребляет слишком много энергии для работы и становится неэффективным. Оба материала находились в том же оптимальном диапазоне, что и кремний.

Все это, а также диселениды можно объединить в цепи толщиной всего в три атома или около двух третей нанометра, чего кремний не может.«Инженеры не смогли сделать кремниевые транзисторы тоньше примерно пяти нанометров, прежде чем свойства материала начнут изменяться нежелательным образом», — сказал Поп.Комбинация более тонких схем и желательной изоляции с высоким K означает, что эти ультратонкие полупроводники могут быть превращены в транзисторы в 10 раз меньше, чем все, что возможно с кремнием сегодня.«Кремний никуда не денется.

Но для потребителей это может означать гораздо более длительное время автономной работы и более сложную функциональность, если эти полупроводники могут быть интегрированы с кремнием», — сказал Поп.Еще нужно сделатьВпереди много работы.

Во-первых, Млечко и Поп должны усовершенствовать электрические контакты между транзисторами в своих ультратонких диселенидных схемах. «Эти соединения всегда были проблемой для любого нового полупроводника, и сложность возрастает, когда мы сокращаем схемы до атомных масштабов», — сказал Млечко.Они также работают над улучшением контроля окисленных изоляторов, чтобы они оставались как можно более тонкими и стабильными.

И последнее, но не менее важное: только когда эти вещи будут в порядке, они начнут интегрироваться с другими материалами, а затем масштабироваться до рабочих пластин, сложных схем и, в конечном итоге, целых систем.«Предстоит провести дополнительные исследования, но новый путь к более тонким и компактным схемам — и более энергоэффективной электронике — находится в пределах досягаемости», — сказал Поп.


Портал обо всем