Инженеры из Массачусетского технологического института разработали метод создания «идеальных» двумерных полупроводниковых кристаллов толщиной в один атом на кремниевой подложке. Технология поможет преодолеть ограничения закона Мура и создавать крошечные транзисторы и чипы.
Для создания полупроводников исследователи используют метод осаждения из газовой фазы. Во время этого процесса атомы оседают на пластине кремния и превращаются в 2D-структуры. Это распространенный способ выращивания кристаллов и производства тонких полупроводников. Его недостаток в том, что в обычных условиях каждое «ядро» кристалла растет в случайных направлениях.
Инженеры нашли способ преодолеть это ограничение. Для этого кремниевую пластину покрыли специальной «маской»: исследователи сформировали из диоксида кремния крошечные карманы, каждый из которых предназначен для улавливания зародыша будущего кристалла. Затем они пропускали газ из атомов, которые оседали в каждом кармане, образуя монокристаллический двумерный материал. Авторы называют такой кристалл идеальным, поскольку его монолитная структура не содержит препятствий, ограничивающих движение электронов.
Двумерная маска из диоксида кремния, создает «кармашки» для роста отдельных монолитных кристаллов. Изображение: MIT News
С помощью этого метода инженеры разработали многослойное полупроводниковое устройство. После покрытия кремниевой пластины узорчатой маской они вырастили сначала один тип 2D-материала, чтобы заполнить половину каждого квадрата, а затем нарастили сверху второй тип, чтобы заполнить остальную часть квадрата. В результате на каждом участке кремниевой пластины образовалась двухслойная ультратонкая пленка.
Транзисторы — основной элемент современных компьютеров, в настоящее время формируются на кремниевых кристаллах. Согласно закону Мура, начиная с 1960-х годов количество транзисторов на микрочипе удваивалось каждый год. Ограничение состоит в том, что этот рост не может быть бесконечным, поскольку на наноуровне кремний утрачивает свои полупроводниковые свойства.
Исследователи полагают, что использование двумерных монокристаллических структур из различных материалов поможет преодолеть это ограничение и разрабатывать высокопроизводительные электронные устройства следующего поколения на основе 2D-полупроводников.
