Інженери навчилися вирощувати монолітні кристали товщиною в один атом на кремнієвих пластинах. Дослідження опубліковано в журналі Nature.
Інженери з Массачусетського технологічного інституту розробили метод створення “ідеальних” двовимірних напівпровідникових кристалів товщиною в один атом на кремнієвій підкладці. Технологія допоможе подолати обмеження закону Мура і створювати крихітні транзистори і чіпи.
Для створення напівпровідників дослідники використовують метод осадження з газової фази. Під час цього процесу атоми осідають на пластині кремнію і перетворюються на 2D-структури. Це поширений спосіб вирощування кристалів і виробництва тонких напівпровідників. Його недолік в тому, що в звичайних умовах кожне «ядро» кристала зростає в випадкових напрямках.
Інженери знайшли спосіб подолати це обмеження. Для цього кремнієву пластину покрили спеціальною “маскою”: дослідники сформували з діоксиду кремнію крихітні кишені, кожна з яких призначена для уловлювання зародка майбутнього кристала. Потім вони пропускали газ з атомів, які осідали в кожній кишені, утворюючи монокристалічний двовимірний матеріал. Автори називають такий кристал ідеальним, оскільки його монолітна структура не містить перешкод, що обмежують рух електронів.
Двовимірна маска з діоксиду кремнію, створює “кишеньки” для зростання окремих монолітних кристалів. Зображення: mit News
За допомогою цього методу інженери розробили багатошаровий напівпровідниковий пристрій. Після покриття кремнієвої пластини візерунковою маскою вони виростили спочатку один тип 2D-матеріалу, щоб заповнити половину кожного квадрата, а потім наростили зверху другий тип, щоб заповнити решту квадрата. В результаті на кожній ділянці кремнієвої пластини утворилася двошарова ультратонка плівка.
Транзистори – основний елемент сучасних комп’ютерів, в цей час формуються на кремнієвих кристалах. Відповідно до Закону Мура, починаючи з 1960-х років кількість транзисторів на мікрочіпі подвоювалася щороку. Обмеження полягає в тому, що це зростання не може бути нескінченним, оскільки на наномасштабі кремній втрачає свої напівпровідникові властивості.
Дослідники вважають, що використання двовимірних монокристалічних структур з різних матеріалів допоможе подолати це обмеження і розробляти високопродуктивні електронні пристрої наступного покоління на основі 2D-напівпровідників.