Це дратівливе “вузьке місце”, яке нікому не подобається.
Ви зменшуєте чип. Усі компоненти стають дрібнішими. Але як провести електрику у цей крихітний напівпровідник? На цьому етапі витрачається енергія. І все сповільнюється.
Команда вчених із Південної Кореї вважає, що саме цю проблему вони вирішили.
Під керівництвом Сеунбума Хона з Корейського avanzada науково-дослідного інституту (KAIST) спільно з колегами з KAIST та університету Сонкюнкван група не просто спроектувала покращене з’єднання. Вони простежили за рухом набоїв через нього з точністю до нанометра. Вони спостерігали за процесом у реальному часі. І електричний струм не звернув уваги на межу розділу.
Жодного опору. Жодних втрат. Просто плавний перехід від провідника до напівпровідника.
Вперше нам вдалося безпосередньо побачити, як заряди ігнорують таку сполуку.
Чому це важливо?
Сучасні чіпи впираються в глухий кут. Металевий електрод розташовується поверх напівпровідника. Місце їхнього контакту — це «брудна» зона. Електрони розсіюються. Зростає температура. Продуктивність падає. Так званий “контактний опір” з’їдає вигоди, отримані від зменшення розміру транзисторів. Особливо критично це для двовимірних напівпровідників – шарів такої товщини, що їх практично не існує. Один або два атомарні шари. Занадто крихкі для грубих металевих контактів.
Тому команда змінила правила гри.
Замість того, щоб приклеювати метал зверху, вони використовували єдиний шар диселеніду платини (PtSe₂).
У PtSe₂ є така особливість.
Товсті ділянки поводяться як напівметали. Відмінно проводять електрику. Тонкі ділянки виступають у ролі напівпровідників. Ідеально підходять для логічних операцій. Все це – той самий матеріал. Жодного чужорідного металу. Жодних нечистих сполук. Просто єдиний монолітний лист.
Товста частина. Тонка частина. Готово.
Спостереження за ковзанням електронів
Щоб довести, що це справді працює, їм потрібно було розглянути процес максимально докладно.
Тут на допомогу прийшла атомно-силова мікроскопія (АСМ). Голкою тонше за вірус сканується поверхня.
Команда використала цей метод для вимірювання електричних властивостей у момент руху зарядів через чіп. Вони спостерігали, як електрони залишали товсту напівметалеву область і входили до тонкої напівпровідникової зони.
Що трапилося далі, просто.
Струм не зупинився. Він не відхилився. Він не втратив енергію через «прикордонний конфлікт» між двома різними матеріалами.
Він пройшов наскрізь.
Результати були опубліковані в журналі Matter. Це прямий експериментальний доказ. Інтерфейс не переривав струм. Його насправді не існувало.
Але зачекайте.
Він перемикається? Транзистор – це не просто провідник. Він повинен включати та вимикати струм.
Так.
Приклавши електричне поле до напівпровідникової області, вони контролювали потік струму. Вони довели, що це не просто провід із низьким опором. Це працює як транзистор.
Подальший шлях
До телефону ця розробка ще не дійшла.
Масове виробництво таких монолітних 2D-чіпів? Важко. Залишаються проблеми з надійністю. Потрібна доопрацювання методів інтеграції у складні схеми.
Проте концепція спокуслива.
Що якщо вам більше не потрібно поєднувати два різні матеріали? Що якщо контакт і чіп — це різні форми однієї й тієї ж речовини?
Приріст ефективності процесорів ІІ та енергоефективних пристроїв може бути величезним. Менше розмір. Велика швидкість. Менше тепла.
Або, можливо, ні. Інженерні дзвінки серйозні. Провал між лабораторним проривом та конвеєром на заводі великий. Але принаймні тепер електричний шлях виглядає ясно.
Подивимося, як добре це витримає перевірку за межами мікроскопа.
Посилання:
* «Наномасштабна візуалізація транспорту зарядів…» авторство Yeongyu Kim та співавторів, 12 червня
* Журнал: Matter
* DOI: 10.01/j.matt.00.2010
* Підтримка: Програма досліджень STEAM, Програма наноматеріалів (Міністерство науки та ІКТ Республіки Корея), Національний дослідницький фонд Кореї.
