Однонамерный транзистор сохраняет закон Мура, соответствующий другому году
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли из Лаборатории энергии создали первые в мире нанометровые транзисторные ворота.
Не секрет, что современные исследования были направлены на сокращение размера электронных компонентов. Но насколько малы эти новые транзисторы, могут даже шокировать исследователей отрасли.
Наш современный мир электроники был достигнут благодаря одной замечательной тенденции: постоянному стремлению уменьшить размер полупроводниковых полевых транзисторов с оксидом металла - MOSFET.
Этот компонент используется для усиления и переключения электронных сигналов и, по существу, является основой большинства интегральных схем. За последние пятьдесят лет МОП-транзисторы сократились с нескольких микрометров до 20 нанометров, что почти в тысячу раз меньше.
К сожалению, обычная кремниевая электроника приближается к фундаментальному пределу их размера. Это связано с квантовыми эффектами, которые возникают, когда кремний приближается к длине затвора в пять нанометров, что приводит к непредсказуемому поведению, которое значительно тормозит их способность функционировать надежно. Этот эффект известен как квантовое туннелирование, когда электрон способен проходить через барьеры и все чаще будет делать это, так как размер барьера становится меньше.
Компании, такие как Intel, объявили, что их намерение исследовать альтернативные материалы для замены кремния, когда ворота длиной 7 нм были достигнуты в прошлом году. Учеными-исследователями-исследователями сейчас стали ученые.
Визуализация квантового туннелирования. Изображение предоставлено IEEE Spectrum
Разработка самых маленьких в мире транзисторных ворот
Ранее в этом месяце исследовательская группа, возглавляемая Али Джейви в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, создала первый рабочий транзистор с однонаметровыми воротами. Прорыв был достигнут, когда команда создала двумерный МОП-транзистор с использованием материала, называемого дисульфидом молибдена (альтернатива кремнию), и одностенной углеродной нанотрубки в качестве затвора вместо различных металлов. Углеродные нанотрубки были предметом интенсивных исследований в течение многих лет и недавно превзошли кремний в транзисторах.
Материал, MoS 2, который нашел применение в нескольких приложениях по всей отрасли, довольно удобно предложил решение проблемы, которая имеет свои фундаментальные ограничения. Электроны в молекулах MoS 2 будут действовать так, как если бы они были тяжелее, чем молекулы кремния. Это заставляет электроны двигаться медленнее, что, в свою очередь, делает их намного легче контролировать.
Представление дисульфидного канала молибдена и 1-нанометрового затвора углеродных нанотрубок. Изображение кредита: Sujay Desai / UC Berkeley
Кремний на самом деле предпочтительнее MoS 2 в качестве материала канала, в большинстве случаев, когда электроны будут испытывать меньшее сопротивление при прохождении материала. Но миниатюризация, прошедшая через 5 нм точку с кремнием, блокирует затвор от предотвращения прохождения электронами электронов в канализацию, предотвращая переход транзистора к выключенному.
Ворота были реконструированы с использованием углеродных нанотрубок из-за переоценки материалов. Зная, что традиционные методы литографии не применимы в этом масштабе, исследовательская группа вместо этого использовала углеродные нанотрубки.
Команда смогла измерить устройство и показала, что новый транзистор толщиной 1 нм способен управлять потоком электронов. В том числе проводка, все устройство больше 1 нм, и схема полностью функциональна.
Реалистичный взгляд на наноразмерные транзисторы
Среди шумихи создания первых в мире функционирующих 1-нм ворот исследователи посоветовали людям не спешить с новым транзистором в ближайшее время.
Ведущий автор статьи, Али Джейви, описывает эти ворота 1nm как «доказательство концепции». Процесс создания ворот необходимо повторить много раз, прежде чем он даже может быть действительно оптимизирован для повышения эффективности. После этого его нужно будет развивать дальше и привязывать к чипам. Все это, вероятно, займет годы.
Тем временем, однако, этот шаг чрезвычайно важен, поскольку он разрушает предел в пять нанометров, который кремний размещает на транзисторах.
С этим новым продвижением, говорит Джейви, мы все еще можем применить закон Мура и с оптимизмом смотреть в будущее технологий.
Оригинальная исследовательская работа была опубликована в журнале AAAS Science.