Современная жизнь была попросту невозможна без транзисторов, крошечных “стандартных блоков”, миллиарды которых находятся на кристаллах чипов, являющихся “мозгом” всех наших электронных устройств. Однако, нынешние технологии, при помощи которых производятся полевые транзисторы (Field-Electronic Transistor, FET), имеющие объемную структуру, практически подошли к пределу их эффективности. На смену традиционной технологии должно прийти нечто новое, и к такому новому можно смело отнести новые условно “двухмерные” полевые транзисторы, созданные исследователями из института Фундаментальных наук (Institute for Basic Science, IBS). Но самым интересным в данном случае является то, что все элементы структуры нового транзистора, обладающие как металлическими, так и полупроводниковыми свойствами, изготовлены из одного материала.
Все полевые транзисторы можно считать быстродействующими “выключателями”, состоящие из двух металлических электродов, между которыми “зажат” полупроводниковый канал. По этому каналу проходит управляемый электрический ток, носителем заряда которого, в зависимости от проводимости транзистора, являются электроны или электронные дыры. Размеры каналов современных транзисторов сокращены до размеров в десятки и единицы нанометров, но дальнейшее уменьшение этих элементов уже невозможно в силу ряда ограничений, накладываемых фундаментальными законами физики.
Решением проблемы дальнейшего увеличения эффективности и быстродействия транзисторов может стать замена объемных транзисторов их условно плоскими аналогами. “Транзисторы, изготовленные из плоских полупроводниковых материалов, лишены некоторых отрицательных эффектов, проявляющихся в обычных транзисторах при попытках сокращения их размеров” – Чжи Хо Сунг (Ji Ho Sung), ведущий исследователь, – “Использование отдельных слоев материала или сложных многослойных структур, толщиной в несколько атомов, позволяет получить высокие электрические параметры транзистора, в том числе и ширину электронной запрещенной зоны, которая может достигать значения 1-2 электронвольта”.
Основой новых полевых транзисторов стал теллурид молибдена (MoTe2), полиморфный материал, обладающий металлическими или полупроводниковыми свойствам в его различных формах. Использование одного и того же материала позволило кардинально уменьшить электрическое сопротивления зоны контакта металлических электродов транзистора и полупроводникового канала. Высота потенциального барьера в этом месте была снижена почти в семь раз, со 150 мэВ до 22 мэВ.
Для изготовления опытных образцов новых транзисторов ученые использовали технологию химического осаждения из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD), что позволило создать участки из разных форм теллурида молибдена, обладающие металлическими или полупроводниковыми свойствами. Процесс осаждения проводился в специальной печи, объем которой был заполнен парами соли (NaCl). При температуре в 710 градусов Цельсия на основание осаждался теллурид молибдена металлической формы, а при температуре 670 градусов – полупроводниковой.
Ученые использовали подобную технологию для изготовления больших и более мощных транзисторов. Только для этого они использовали уже два разных материала, диселенид вольфрама (WSe2), который является полупроводниковым материалом, и дителлурид вольфрама (WTe2), который имеет металлические свойства.
А в ближайшем будущем ученые планируют провести дополнительные исследования, направленные на уменьшение переходного сопротивления в области контакта материалов разной проводимости до так называемого теоретического квантового предела. И этот момент является одной из самых главных проблем, с которой сталкиваются все исследователи, работающие с двухмерными материалами, такими, как графен и переходные дихалькогениды.