Россияне научились изготавливать транзисторы, основной компонент процессоров, не из кремния, а из дисульфида молибдена. Разработанный учеными МФТИ подход, можно применять и к другим двумерным материалам, что позволит производить более современные, компактные, гибкие и прозрачные электронные устройства.
Молибденовый транзистор
Специалисты МФТИ разработали первую в России технологию производства транзисторов из дисульфида молибдена, сообщили CNews представители вуза. Применение нового материала позволит преодолеть ограничения кремния в отношении уменьшения размеров электронных компонентов, а также значительно повысить их энергоэффективность по сравнению с кремниевыми аналогами.
«Дисульфид молибдена позволяет преодолеть ограничения кремния на толщину примерно с 2 нанометров до 0,65, а выигрыш в энергоэффективности может быть в сотни раз», — сказал старший научный сотрудник центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Илья Завидовский.
Кроме того, по словам Завидовского, энергоэффективность молибдена снижает нежелательный нагрев устройств на порядки. При этом устройства из него совместимы с классическими вычислительными системами, так что технологию можно внедрять в промышленное производство.
Универсальный подход
Структура на основе дисульфида молибдена обеспечивает идеальный электростатический контроль и позволяет подавить токи утечки, рассказали исследователи. Однако его применению в промпроизводстве мешала хрупкость структуры, которая повреждается при вакуумном напылении металлических электродов. Атомы металла выбивают атомы серы с поверхности, образуя дефекты и нарушая электрический контакт.
Сотрудники МФТИ нашли способ подключить металлический электрод к материалу толщиной в атом, не разрушив его. «Наша работа дает конкретный ответ на этот вопрос», — заявил старший научный сотрудник лаборатории атомно-слоевого осаждения МФТИ Роман Романов.
Ученые применили метод атомно-слоевого осаждения, который используется в промышленности, и сформировали между электродом и полупроводником ультратонкую изолирующую прослойку из диоксида титана толщиной в несколько атомов.
Такой подход универсален. На реальном производстве его можно применить к целому классу других двумерных материалов — дисульфиду вольфрама, селенидам молибдена и вольфрама. Это позволит создавать электронные устройства нового поколения, в том числе гибкие и прозрачные.
Электроника без кремния
Современные высокопроизводительные чипы для смартфонов, например, содержат миллиарды транзисторов. Однако по мере уменьшения размеров чипов из-за возникновения квантовых эффектов применение кремния, который пока является основным материалом для производства электронной компонентной базы, приводит к утечке энергии и перегреву.
Двумерный материал дисульфид молибдена имеет толщину всего в несколько атомов, что позволяет электрическим сигналам передаваться более эффективно, при этом выделяя значительно меньше тепла. Это особенно важно для развития искусственного интеллекта, основным сдерживающим фактором которого сейчас является высокое энергопотребление.