Учёные «вырастили» одномерный субнанометровый транзистор, причём без литографических сканеров

Согласно долгосрочным планам IEEE, полупроводниковая промышленность к 2027 году освоит литографию с шагом (узлом) 0,5 нм при ширине затвора транзистора 12 нм. Учёные из Южной Кореи нашли возможность уже сегодня выращивать более мелкие транзисторы, не ожидая улучшения литографических сканеров. С помощью новой разработки они без сканеров научились создавать электрод затвора шириной 0,4 нм для работы с транзисторным каналом шириной 3,9 нм.

Металлические 1D-электроды (жёлтые) растут как грибы после дождя безо всякой литографии. Источник изображений: IBS

В открытии помогло обнаружение дефектов в кристаллической структуре дисульфида молибдена (MoS_₂). При определённых условиях дефекты можно было контролируемо перевести в металлическую фазу. Таким образом, на пластине появлялся металлический электрод шириной 0,4 нм, который никакой сканер не смог бы воспроизвести ни сегодня, ни через 15 лет. Дефект появляется на границе зеркального раздела между участками растущей кристаллической подложки MoS_₂. Контролируя эпитаксиальный рост подложки можно добиться превращения границы раздела в одномерный тонкий металлический электрод.

Учёные из Центра квантовых твёрдых тел Ван-дер-Ваальса при Институте фундаментальных наук (IBS) в Тэджоне не только показали возможность выращивать одномерные металлы, но также создали с их помощью двумерные полевые транзисторы и даже экспериментальные чипы. Выяснилось, что электрод затвора шириной 0,4 нм способен создавать поле (управлять проводимостью затвора) на ширину 3,9 нм. Также, несмотря на атомарную ширину канала, такой транзистор показал превосходную электронную проводимость и, следовательно, будет достаточно производительным для использования в микросхемах.

Поскольку структура предложенного транзистора проста до невообразимости, у него не будет паразитных ёмкостей, которыми особенно страдают новомодные транзисторы с круговым затвором и старые FinFET. Это даст дополнительный выигрыш по скорости переключения и энергоэффективности.

Руководитель проекта Чо Мун-Хо (Jo Moon-Ho) сказал: «Одномерная металлическая фаза, получаемая путем эпитаксиального роста, представляет собой новый процесс получения материала, который может быть применен к ультраминиатюризированным полупроводниковым процессам. Ожидается, что в будущем он станет ключевой технологией для разработки различных маломощных и высокопроизводительных электронных устройств».