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.
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.