Транзисторы будущего будут собирать по атомам: ученые сделали «грунтовку» толщиной 0,42 нм — она может помочь создавать транзисторы атомарных размеров

Изображение сгенерировано Gemini
Источник изображения: Gemini

Тайваньские исследователи разработали сверхтонкий буферный слой, который может решить одну из главных проблем транзисторов на основе двумерных полупроводников. Прослойка из оксида алюминия имеет толщину около 0,42 нм — всего несколько атомов — и позволяет разместить изолятор максимально близко к проводящему каналу.

Эксперименты проводились с дисульфидом молибдена (MoS₂) — материалом, который можно получить в виде листа атомарной толщины. Такие двумерные полупроводники рассматриваются как один из вариантов дальнейшей миниатюризации транзисторов, когда уменьшать элементы на основе традиционного кремния становится все сложнее.

В обычном транзисторе затвор управляет движением электронов через полупроводниковый канал. Между ними находится диэлектрик — электрический изолятор. Чем тоньше этот слой, тем сильнее затвор контролирует ток, что особенно важно при дальнейшем уменьшении размеров транзистора.

У MoS₂, однако, есть проблема: на его поверхности практически отсутствуют свободные химические связи, поэтому традиционные диэлектрики плохо формируют тонкое и однородное покрытие. Возникают микроскопические дефекты, через которые начинает утекать ток. Кроме того, нарушения на границе двух материалов мешают движению электронов и ухудшают характеристики транзистора.

Исследователи решили проблему с помощью своеобразной атомарной «грунтовки». Сначала на поверхность MoS₂ нанесли слой алюминия толщиной около 0,3 нм, а затем аккуратно окислили его. В результате сформировалась сплошная прослойка оксида алюминия толщиной примерно 0,42 нм.

Она выполняет сразу две функции. Во-первых, основной диэлектрик поверх нее формируется более равномерно, без микроскопических отверстий, которые могут стать каналами утечки. Во-вторых, буферный слой защищает полупроводниковый канал от электрических дефектов и воздействий со стороны расположенного выше изолятора.

С помощью новой технологии ученые изготовили экспериментальные транзисторы на основе MoS₂. Полученная структура обеспечила эффективность управления затвором, сопоставимую с использованием слоя диоксида кремния толщиной около 1 нм, при этом удалось сохранить низкие токи утечки и хорошую подвижность носителей заряда.

Таким образом, одна сверхтонкая прослойка позволяет одновременно решить три противоречащие друг другу задачи двумерной электроники: сделать изолятор чрезвычайно тонким, сохранить эффективный контроль затвора над каналом и не ухудшить движение электронов.

До массового производства, однако, еще далеко. Экспериментальная технология требует переноса слоев MoS₂, осаждения материалов в условиях сверхвысокого вакуума и тщательно контролируемого окисления. Все эти операции предстоит упростить и адаптировать к масштабам промышленного производства полупроводников.

По мнению исследователей, по мере приближения транзисторов к атомарным размерам важным становится не только поиск новых полупроводников. Не менее критичной задачей оказывается контроль границ между разными материалами — буквально на уровне отдельных атомов.

Источник: https://www.ixbt.com/news/2026/09/12/435363-tranzistory-budushhego-budut-sobirat-po-atomam-ucenye-sdelali-gruntovku-tolshhinoi-042-nm-ona-mozet-pomoc-sozdavat-tranzistory-atomarnyx-razmerov.html