Eilydd Ar Gyfer Silicon, Llwyddiant Newydd

Seilydd amSeicon,A NewBail-drwodd

Mae ymchwilwyr yn gwneud transistorau bach gan ddefnyddio gwifren fetel deneuaf y byd fel electrod giât, cydran allweddol sy'n rheoli agor a chau transistor.

Yn lle defnyddio silicon neu fetel, gwnaeth yr ymchwilwyr y giât allan o disulfide molybdenwm - lled-ddargludydd a allai ddisodli silicon yn y degawdau nesaf. Pan gyfunir dau ddarn anghywir o MoS2, mae eu ffin yn dod yn wifren yn unig 0.4 nanometr o drwch, llawer llai na rhan leiaf transistor yn CPUs mwyaf datblygedig heddiw. Fe wnaeth yr ymchwilwyr, sydd wedi'u lleoli'n bennaf yn Sefydliad Gwyddoniaeth Sylfaenol Daejeon yng Nghorea, integreiddio'r wifren fel elfen allweddol o'r transistor tra-fach.

Mae eu gwaith yn nodi'r tro cyntaf i'r llinellau terfyn hyn gael eu defnyddio i wneud transistorau. Efallai na fydd eu dull mewn cynhyrchu masnachol unrhyw bryd yn fuan, ond gall y gamp annog ymchwilwyr i archwilio gwifrau o'r fath ymhellach a gwneud transistorau mwy ymarferol yn y blynyddoedd i ddod.

Mae disulfide molybdenwm yn enghraifft nodweddiadol o lled-ddargludydd dau ddimensiwn. Mae silicon a lled-ddargludyddion eraill sy'n cael eu defnyddio heddiw angen trydydd dimensiynau cymhleth i weithredu'n iawn. Ond fel y mae'r enw'n awgrymu, gellir adeiladu lled-ddargludyddion dau ddimensiwn mewn haenau planar.

Efallai mai graphene (haen o atomau carbon) yw'r deunydd dau ddimensiwn mwyaf adnabyddus, ond mae gwyddonwyr a pheirianwyr wedi gwneud cynnydd anhygoel gyda MoS2 a disulfides metel trosiannol tebyg fel y'u gelwir. Yn achos MoS2, mae strwythur moleciwlaidd y cyfansoddyn yn ei gwneud yn dri atom yn unig (tua 0.4 nanometr) o drwch.

Efallai y bydd gan disulfide molybdenwm fantais allweddol arall wrth leihau hyd giât (y pellter rhwng y ffynhonnell a'r draen) o transistor, mae cludwyr tâl yn mynd i mewn ac yn gadael y transistor, mae ymchwil o'r radd flaenaf wedi gwthio hyd giât posibl silicon fel bach fel tua 5 nanometr, ond po fyrraf yw hyd giât transistor silicon, y mwyaf tebygol yw hi o ollwng pan fydd i ffwrdd. Mae gan disulfide molybdenwm fwlch band mawr, a allai ei wneud yn fwy atal gollyngiadau.

Wrth gwrs, nid yw ymchwilwyr wedi nodi ffordd o hyd i wneud transistorau MoS2 gyda hyd gatiau is-nanomedr. Mae rhai labordai wedi cyflawni hyn trwy ddefnyddio gwahanol ddeunyddiau fel giatiau - gan wneud transistorau MoS2 gyda gatiau tenau wedi'u gwneud o ymylon un haen o graphene neu nanotiwb carbon sengl (yn ei hanfod yn rholio graphene yn diwbiau tenau iawn).

Roedd ymchwilwyr yn Sefydliad y Gwyddorau Sylfaenol yn meddwl tybed a oedd angen deunydd arall arnynt, neu a allent ddibynnu ar un o nodweddion arbennig MoS2 ei hun.

Pan dyfir MoS2 ar saffir, swbstrad lled-ddargludyddion 2D cyffredin, mae'r deunydd yn dueddol o dyfu i un o ddau gyfeiriad posibl, pob un yn igam-ogam 60 gradd oddi wrth ei gilydd. Os gwnewch ddarn i un cyfeiriad yn cyffwrdd â darn yn y cyfeiriad arall, bydd y ddau yn ffurfio llinell ar y ffin, fel ffordd ar onglau od, lle mae dau grid stryd dinas groesgam yn cwrdd.

Mae gwyddonwyr deunyddiau wedi adnabod y ffiniau hyn ers sawl blwyddyn ac wedi eu galw'n adlewyrchu ffiniau deuol (MTBs). Dangosodd un o'r mesuriadau mai'r MTB 0.4 nm o drwch oedd y wifren deneuaf a wnaed erioed. Mae ymchwilwyr yn Sefydliad y Gwyddorau Sylfaenol yn credu y gallant ddefnyddio'r gwifrau hyn fel gatiau ar gyfer transistorau wedi'u gwneud o ddeunyddiau amgylchynol.

Er mwyn cyflawni hyn, dechreuodd yr ymchwilwyr yn gyntaf gyda dau ddarn o disulfide molybdenwm wedi'u camleoli gyda llinell MTB rhyngddynt. Ar ei ben, maent yn gosod haen denau o alwmina fel ynysydd. Ar ei ben, maent yn gosod haen arall o sylffid molybdenwm o drwch atomig, ac yna gosod arno ffynhonnell gynyddol a draen electrod. Yn gyfan gwbl, fe wnaethant ffugio cyfanswm o 36 FET swyddogaethol gydag electrodau giât tra-denau.

Mae ymchwilwyr yn obeithiol y gallai eu technoleg, neu rywbeth tebyg, ddod yn sail ar gyfer gweithgynhyrchu dyfeisiau ryw ddydd. Dywedodd Jo Moon-Ho, ymchwilydd yn Sefydliad y Gwyddorau Sylfaenol ac un o’r ymchwilwyr: “Disgwylir iddi ddod yn dechnoleg allweddol ar gyfer datblygu amrywiol ddyfeisiau electronig pŵer isel, perfformiad uchel yn y dyfodol. ." “Yn y dyfodol, efallai y bydd ymchwilwyr yn gallu dylunio electroneg gyda gwell rheolaeth dros nodweddion gwifrau.

Fodd bynnag, nid yw Eric Pop, peiriannydd trydanol ym Mhrifysgol Stanford (sy'n gweithio ar MoS 2 ac nad oedd yn rhan o'r astudiaeth), yn optimistaidd ynghylch y posibilrwydd y gallai dull y ffin drosglwyddo o'r labordy i'r ffatri. “Nid wyf yn credu bod ei ddefnydd fel electrod giât yn llwybr ar gyfer cymwysiadau diwydiannol,” meddai Pop. "Mae'n rhaid i'r giât fod yn fetel a phatrwm i geometreg y gylched," meddai, neu mae'r peiriannydd yn colli'r gallu hanfodol i reoli foltedd trothwy'r giât.

Yn ogystal, dywedodd Pop nad yw tyfu lled-ddargludyddion 2D ar saffir fel Moon a chydweithwyr yn ddelfrydol. Ar ôl cael ei dyfu ar saffir, rhaid trosglwyddo'r deunydd dau ddimensiwn yn llafurus i wafer silicon. Yn lle hynny, mae Pop yn dweud y dylid tyfu lled-ddargludyddion 2D ymarferol yn uniongyrchol ar ddeunyddiau fel silica neu silicon.

Er gwaethaf pryderon Pab, galwodd yr astudiaeth yn "wyddoniaeth dda" ac yn arbennig o ddefnyddiol i wyddonwyr sy'n gweithio gyda MTBs.