Як уже добре відомо нашим постійним читачам, сучасні кремнієві напівпровідникові технології впритул наближаються до межі, по досягненню якої подальша мінімізація розмірів та підвищення швидкодії стануть просто неможливими. Однак, відкриття нових матеріалів атомарної товщини, таких як дисульфід молібдену, графен і вуглецеві нанотрубки відкриває перед виробниками електроніки абсолютно нові перспективи. Наприклад, нема потреби виготовлення окремих елементів транзистора, розміром в 1 нанометр, якщо замість цього можна використовувати вуглецеву нанотрубку, що має такий же діаметр.
У минулому вже було створено екземпляри транзисторів з керуючим електродом, затвором, із вуглецевої нанотрубки. На жаль, процес виготовлення таких транзисторів навряд чи вдасться поставити на промислові рейки, адже для цього необхідно помістити кожну нанотрубку точно в заданому місці та заданому положенні. Та й решта компонентів таких транзисторів має великі розміри, тому, що їхня конструкція повністю запозичена з конструкції традиційного кремнієвого транзистора.
Проте, міжнародній групі вчених вдалося розробити, виготовити та перевірити у роботі дослідні зразки нових транзисторів, що мають унікальну на сьогодні структуру та рекордно малий розмір. Як затвора в цьому транзисторі виступає крайня кромка крихітного листа графена, а канал транзистора (стік-виток) виготовлений з іншого умовно плоского матеріалу – плівки дисульфіду молібдену.
Досвідчені зразки транзисторів були виготовлені на кремнієвій підкладці, покритій ізоляційним шаром діоксиду кремнію. Але у самій структурі транзистора кремнієвих елементів немає взагалі. На поверхню підкладки було напилено шар алюмінію, якому дали окислитися і сформувати на поверхні ще один діелектричний шар з окису алюмінію.
Потім на багатошаровий “бутерброд”, що вийшов, був покладений шматок графенової плівки та поверх неї був нанесений ще один ізоляційний шар з окису алюмінію. Після формування структури вся поверхня була покрита окисом гафнію, що забезпечило наявність крихітного зазору строго заданої товщини між графеновим затвором та іншими елементами структури транзистора.
Далі на поверхню тривимірної структури, що вийшла, була укладена плівка дисульфіду молібдену. При цьому плівка укладалася так, щоб бути максимально близько до кромки графенового затвора. І в результаті був виготовлений транзистор із затвором, довжина якого дорівнює товщині графену, розмір одного атома вуглецю – 0.34 нанометра. А на прикінцевому етапі виготовлення у певних точках плівки дисульфіду молібдену були підключені металеві електроди, стік та джерело транзистора.
Більшість параметрів нового типу транзисторів були відомі заздалегідь з результатів проведеного комп’ютерного моделювання. Усього було створено кілька десятків досвідчених зразків цих транзисторів, багато з яких були “принесені в жертву” і використовувалися для перевірки правильності укладання та формування структури за допомогою рентгенівського випромінювання.
Але транзистори, що залишилися, були використані вже для проведення експериментів, які показали, що ці структури функціонують так, як і повинен функціонувати транзистор, і дозволили виміряти деякі з характеристики. Проведені вимірювання показали, що нові транзистори володіють вкрай малими джерелам, але вимагають для надійної роботи трохи більшої, ніж розрахункова, напруги на електроді, що управляє, затворі.
В цей час дослідники вже розробили кілька способів подальшого покращення структури, параметрів та процесу виробництва нових транзисторів. Але найголовнішим у всьому цьому є демонстрація того, що повністю функціональні та малогабаритні транзистори можуть бути виготовлені виключно з двовимірних матеріалів. При цьому, для їх виготовлення використовуються ті самі інструменти та технології, які широко застосовуються в електронній промисловості та давно вже пройшли перевірку часом.
І насамкінець слід зазначити, що до того моменту, коли мільйони та мільярди таких транзисторів можна буде штампувати на підкладці одного чіпа, вченим доведеться пройти довгий шлях з експериментів та досліджень. Але найголовніше – перший крок на цьому шляху вже зроблено! Джерело