Исследователи из университета Пурду (Purdue University) разработали новый тип полупроводниковой технологии для будущих компьютеров и электронных устройств, которая может стать превосходящей по многим параметрам заменой существующей технологии изготовления полупроводников, известной как CMOS (complementary metal oxide semiconductor). Эта новая технология основана на использовании двумерных нанокристаллов, слоев материала, толщиной менее одного нанометра. В качестве материала для этих двумерных нанокристаллов выступает дисульфид молибдена, молибденид, полупроводниковый материал, которому пророчат большое будущее в области электроники.

Нанокристаллы из молибденита называют двумерными из-за того, что толщина слоев материала может быть ничтожно мала по сравнению с другим размерами этого кристалла. В случае молибденита ученым уже удалось сделать слои этого материала, толщиной всего в 0.7 нанометров, что приблизительно равно толщине трех или четырех атомов. Однако, результаты проведенных исследований показали, что материал обретает выдающиеся электрические характеристики, когда из двумерных нанокристаллов формируют слоистые структуры, состоящие из 15 слоев, имеющие толщину 8-12 нанометров. И для того, чтобы объяснить такой феномен исследователям пришлось разработать компьютерную модель, описывающие все экспериментальные данные и наблюдения.

"Наша модель является весьма общей, поэтому ее можно применить к любой слоистой структуре, состоящей из слоев двумерных нанокристаллов" - рассказывает Сэптэрши Дас (Saptarshi Das), ученый из Центра Нанотехнологий университета Пурду.



Но, объединение двумерных нанокристаллов в слоистую структуру является не совсем простым делом. В первую очередь это обусловлено тем, что каждый слой должен иметь надежный электрический контакт с металлическим электродом и даже электрическое сопротивление в месте контакта материала с металлом может сделать невозможным точное измерение полупроводниковых характеристик самого материала. Для того, чтобы обойти это препятствие исследователи использовали электроды, изготовленные из редкого металла, скандия, что позволило им исследовать получившийся многослойный материал и измерить все его электрические характеристики.

Все полевые транзисторы содержат один самый важный элемент, называемый затвором, сигнал на котором позволяет открыть или закрыть транзистор, позволяя или не позволяя ему проводить электрический ток. В кремниевых транзисторах, используемых в современных чипах, длина затвора составляет приблизительно 14 нанометров. Электрическая емкость между затвором и остальными компонентами транзистора ограничивает скорость включения и выключения транзистора, что определяет максимальную тактовую частоту, на которой может работать этот транзистор. Поэтому сокращение физических размеров затвора, что позволит уменьшить значение его электрической емкости, позволит значительно поднять частоты работы транзисторов и увеличить производительность компьютерных чипов.

Ведущие производители полупроводниковых чипов собираются к 2020 году уменьшить размеры затворов полевых транзисторов до 6 нанометров, но дальнейшее уменьшение размеров будет невозможным из-за технологических ограничений производственного процесса, основанного на кремниевых полупроводниках. Вот именно в этот момент потребуются новые материалы, использование которых позволит дальнейшее уменьшение физических размеров транзисторов, и одним из таких материалов является слоистый материал из двумерных молибденитовых нанокристаллов.