Atomisen ohuita transistoreita

Mooren lain jatkaminen piitekniikalla on yhä vaikeampaa mutta nyt näyttäisi syntyneen uusia mahdollisuuksia transistorien mittojen kutistamiseksi.

Yhdysvaltain energiaministeriön Berkeley Labin tutkijat ovat kehittäneet tavan tuottaa kemiallisesti transistoreita ja piirejä, jotka ovat vain muutaman atomin paksuisia.

Tutkijoiden mukaan menetelmä tuottaa toiminnallisia rakenteita asteikolla, joka on tarpeeksi suuri harkittavaksi reaalimaailman sovelluksiin ja kaupalliseen skaalaukseen.

Kehitetyt transistorit koostuvat johtavalle grafeenille etsatuista kanavista sekä ne täyttävästä puolijohtavasta molybdeenidisulfidista (MoS2). Kohdassa jossa nämä kaksi atomista arkkia limittyvät, muodostuu liitoksia, jotka mahdollistavat grafeenin tehokkaasti injektoida virtaa MoS2:een.

Transistorirakenteen sovellettavuutta testattiin kokoamalla siitä invertterin logiikkapiiri. Toteutuksessa voitaisiin käyttää osittain nykyisiä puolijohteiden valmistusmenetelmiä ja muihin kasvatusjärjestelmiin, on mahdollista, että tulevaisuudessa tietotekniikka voidaan tehdä täysin atomisesti ohuista kiteistä", toteavat tutkijat.

Useatkin tutkijaryhmät ovat onnistuneesti valmistaneet nanolankaisia ydin-kuori fettejä ja osoittaneet niiden olevan parempia kuin mikroprosessoreissa nykyisin käytetyt transistorit.

Piiytimestä ja germaiumkuoresta muodostuvat nanolangat ovat yksiulotteisia materiaaleja, joista muodostettujen transistorien suorituskyky on paljon parempi kuin homogeenisten piistä valmistettujen nanolankojen, toteaa Michiganin Tech fysiikan professori Rajit Pati. Nyt hänen johdollaan on selvitetty mistä tämä ero johtuu.

Nanolankafettien lähteen ja nielun välistä sähkövirtaa ei voi ymmärtää klassisen fysiikan avulla koska elektronit hyödyntävät näissä rakenteissa kvanttitunneloitumista.

Rajit Patin ryhmä selvitti, että näissä rakenteissa elektronit hyppivät lähes yksinomaan germanium kuoressa. Tiukasti linjautuneet germaniumin pz-orbitaalit mahdollistavat elektronien tunneloitua helposti yhdestä atomista toiseen. Homogeenisessa piinanolangassa ei ole tiivisti pakattuja pz-orbitaaleja, joten ne ovat vähemmän tehokkaita fettejä.

Tutkijoiden mukaan tutkittu heterogeeninen rakenne tarjoaa parempaa elektronien liikkuvuuden hallintaa ja suorituskykyä kuin nykyisen sukupolven transistorit sekä lisäksi yhteensopivuuden olemassa piiteknologiaan.