Ученые из Стэнфордского университета доказали, что использование диселенида и диоксида гафния может позволить сделать кремниевые транзисторы в десять раз меньше, чем существующие сегодня рекордные показатели. В последние годы разработчики чипов приближаются к физическим ограничениям закона Мура. Толщина кремниевых элементов уже пришла к пределу 5-7 нанометров и измеряется десятками атомов, что накладывает серьезные ограничения на дальнейшую миниатюризацию полупроводниковых изделий. Кремний используется как основной материал в полупроводниковой промышленности из-за двух важных свойств: он обладает такой шириной запрещенной зоны, что транзисторы на его основе потребляют мало энергии, а его оксид может служить изолятором, защищающим транзистор от утечки тока. Соответственно, при дальнейшем уменьшении толщины может возникать ток утечки, вызванный туннелированием зарядов через диэлектрик, и это является одним из основных препятствий на пути к дальнейшей миниатюризации микросхем.
Ученые Стэнфорда нашли способ продолжить миниатюризацию кремниевых транзисторов с помощью диселенидов гафния и циркония. Оказалось, что в отличие от кремния, если уменьшить толщину этих веществ до слоя из трех атомов, они все еще сохраняют хорошую ширину запрещенной зоны, а оксиды гафния и циркония служат гораздо более эффективным изолятором, чем оксид кремния. Исследователи создали несколько прототипов таких транзисторов. Несмотря на то, что основную роль в них играли новые материалы, ученым все равно пришлось использовать кремний в качестве подложки, и его оксид в качестве «буферного слоя», помогающего «сгладить» разницу между кристаллическим строением кремния и диселенидов. Ученые признают, что как и в случае со многими другими прорывами в области полупроводников, предстоит решить немало проблем перед тем, как технологию можно будет использовать в реальном производстве. Например, необходимо создать соответствующие контакты для таких небольших транзисторов. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
