Будущие транзисторы могут собираться по атомам

Учёные с Тайваня представили ультратонкий буферный слой, способный устранить ключевое ограничение в транзисторах на базе двумерных полупроводников. Плёнка из оксида алюминия толщиной примерно 0,42 нм — всего несколько атомов — даёт возможность расположить изолятор вплотную к проводящему каналу.

Работа велась с дисульфидом молибдена (MoS₂), который образует лист толщиной в один атом. Подобные материалы считаются перспективными для дальнейшей миниатюризации устройств, когда масштабирование кремниевых элементов становится затруднительным.

В стандартном транзисторе затвор регулирует поток электронов через канал, а между ними находится диэлектрик. Тоньше этот слой — эффективнее управление током, что критично при уменьшении габаритов.

У MoS₂ поверхность почти лишена свободных связей, поэтому обычные диэлектрики ложатся неравномерно. Возникают дефекты, ведущие к утечкам, а неоднородности на границе препятствуют движению носителей.

Авторы применили атомарную «грунтовку»: нанесли 0,3 нм алюминия и окислили его, получив сплошной слой 0,42 нм. Он улучшает формирование основного изолятора и экранирует канал от дефектов.

Созданные транзисторы показали управляемость затвора, сравнимую с 1 нм диоксида кремния, сохранив низкие утечки и подвижность носителей.

Один такой слой решает три задачи: минимизирует изолятор, сохраняет контроль затвора и не ухудшает транспорт электронов.

До внедрения в производство далеко: нужны перенос слоёв MoS₂, сверхвысокий вакуум и точное окисление. Эти этапы предстоит упростить и адаптировать к промышленным масштабам.

Исследователи подчёркивают: при приближении к атомарным размерам важны не только новые материалы, но и контроль границ между ними на уровне отдельных атомов.