Дедалі менші, все більш компактні Спеціальні поради щодо схуднення комп’ютерних чіпів; Напівпровідник;
11 серпня 2020 р., 11:19 ранку | Інформаційна служба WEKA, кв
Фторид кальцію - кристалічний ізолятор з чітко окресленою поверхнею. Тому він ідеально підходить для виробництва надзвичайно малих транзисторів.
Протягом тривалого часу в електроніці нехтували чимось важливим: якщо електронні компоненти стають дедалі меншими, потрібні відповідні ізоляційні матеріали. Зараз дослідники Віденського технологічного університету це виявили.
Комп’ютерні чіпи повинні постійно зменшуватися. Тому так звані 2D-матеріали вважаються великою надією: вони настільки тонкі, наскільки може бути матеріал, в крайньому випадку вони складаються лише з одного шару атомів. Це дозволяє виробляти нові типи електронних компонентів із мінімальними розмірами, високою швидкістю та оптимальною ефективністю.
Однак із цим існує проблема: електронні компоненти завжди складаються з більш ніж одного матеріалу. Двовимірні матеріали корисні лише в тому випадку, якщо їх можна поєднувати з відповідними системами матеріалів - наприклад, зі спеціальними ізолюючими кристалами. Якщо ви не думаєте про це, то перевага, яку повинні пропонувати 2D-матеріали, заперечується. Команда з електротехнічного факультету Віденського технологічного університету представила ці висновки у публікації в журналі Nature Communications.
Кінець рядка в атомному масштабі
"Сьогодні напівпровідникова промисловість використовує кремній та оксид кремнію", - говорить професор Тібор Грассер з Інституту мікроелектроніки Віденського технологічного університету. «Це матеріали з дуже хорошими електронними властивостями. Тривалий час все тонші шари цих матеріалів використовувались для мініатюризації електронних компонентів. Це тривало добре протягом тривалого часу, але в якийсь момент ви стикаєтесь із природним обмеженням ".
Якщо шар кремнію товстий лише в кілька нанометрів, тобто складається лише з декількох атомних шарів, тоді електронні властивості матеріалу дуже погіршуються. "Поверхня матеріалу поводиться інакше, ніж всередині матеріалу - і якщо весь предмет складається практично лише з поверхонь і більше не має його внутрішньої сторони, він може мати абсолютно інші властивості матеріалу, ніж ми знаємо з більш товстих шарів".
Тому вам доведеться перейти на інші матеріали, якщо ви хочете виготовити надтонкі електронні компоненти. І тут вступають у дію так звані 2D-матеріали: вони поєднують в собі відмінні електронні властивості з мінімальною товщиною.
Тонким шарам потрібні тонкі ізолятори
Але ці матеріали повинні бути прикріплені до відповідної поверхні, і вам також потрібен шар ізолятора зверху - і якщо цей ізолятор не є також надзвичайно тонким і надзвичайно доброї якості, то ви не отримали нічого з двовимірних матеріалів. "Це все одно, що їздити на Ferrari по брудній землі і дивуватися, чому ви не встановили рекорд швидкості", - пояснює Тібор Грассер.
Тому команда Віденського технологічного університету під керівництвом Тібора borрассера та Юрія Ілларіонова проаналізувала найкращий спосіб вирішення цієї проблеми. Вчені виявили, що діоксид кремнію, який зазвичай використовується в якості ізолятора в промисловості, не підходить. Це тому, що він має дуже впорядковану поверхню і безліч вільних, ненасичених зв’язків, які порушують електронні властивості 2D-матеріалу.
Краще шукати структуру, яка є якомога впорядкованішою: команда вже досягла дуже хороших результатів завдяки спеціальним кристалам, що містять атоми фтору. Прототип транзистора з ізолятором фтористого кальцію вже надав переконливі дані; інші матеріали все ще аналізуються.
В даний час нові 2D матеріали постійно відкриваються. "Це приємно, але нашими результатами ми хочемо показати, що одного цього недостатньо", - говорить Тібор Грассер. Ці нові електропровідні 2D матеріали також повинні поєднуватися з новими типами ізоляторів. Тільки тоді насправді могло бути можливим виготовлення нового покоління ефективних та високоефективних електронних компонентів у мініатюрному форматі.