Tutkimus johdattaa 2D-transistorit lähemmäksi tuotantoa

Lähes kahden vuosikymmenen ajan kaksiulotteisia (2D) puolijohteita on tutkittu piitransistoreiden täydentäjinä tai mahdollisina seuraajina, jotka lupaavat pienempiä, nopeampia ja energiatehokkaampia prosessoreita.

Helpottaakseen tuotanto- ja testausprosessiaan suuri osa alalta on vertaillut 2D-puolijohteiden potentiaalia käyttämällä arkkitehtuuria, joka aiheuttaa ilmiön nimeltä "kontaktiportitus". Duken yliopiston sähköinsinöörien havainnot viittaavat nyt siihen, että tämä lähestymistapa paisuttaa näiden transistorien suorituskykyä paperilla eikä sitä voida siirtää kaupallisiin teknologioihin.

”Suorituskyvyn vahvistaminen kuulostaa hyvältä asialta”, professori Aaron Franklin sanoi. ”Vaikka tämä arkkitehtuuri sopii erinomaisesti laboratoriossa tehtäviin perustestauksiin, sillä on fyysisiä rajoituksia, kuten nopeus ja vuotovirta, jotka estävät sen käytön todellisessa laiteteknologiassa.”

Tuodakseen esiin tämän sadoissa 2D-transistorien laboratoriotutkimuksien taustalla olevan vaikuttavan tekijän, tohtoriopiskelija Victoria Ravel kehitti piiriarkkitehtuurin, jonka avulla tiimi voi vertailla suoraan, kuinka paljon kontaktiportit muuttavat transistorin suorituskykyä.

Hän rakensi symmetrisen kaksoisporttitransistorin, jossa on portit saman 2D-puolijohdekanavan ylä- ja alapuolella. Ainoa ero rakenteen ohjaamisessa taka- ja yläportilla oli se, oliko kontaktiportti käytössä, jotta hän pystyi suorittamaan yksilöllisen vertailun.

”Valmistuksessa ei koskaan tiedä, mihin törmää”, Ravel sanoi. ”Kun valmistat niin pienissä mitoissa, asiat alkavat käydä todella vaikeiksi, kun ottaa huomioon, mitä fyysisten rajojen sisällä voi tehdä.”

Tulokset olivat silmiinpistäviä. Suuremmissa rakenteissa kontaktiportitus suunnilleen kaksinkertaisti suorituskyvyn. Kun Ravel skaalasi laitteita pieniin, tulevaisuuden teknologioille merkityksellisiin mittoihin, kontaktiportituksen vaikutus kasvoi. Kanavanpituudella 50 nanometriä ja 30 nanometrin kontaktipituudella kontaktiportitus paransi suorituskykyä jopa kuusinkertaisesti.

Franklin selitti, että laitteiden kutistuessa kontaktit hallitsevat kokonaissuorituskykyä. Mikä tahansa mekanismi, joka muuttaa kontaktien käyttäytymistä, tulee yhä tärkeämmäksi. Koska useimmat vuosien varrella raportoidut 2D-transistoritulokset ovat käyttäneet takaportilla varustettuja arkkitehtuureja, Franklinin ja Ravelin löydöksillä on laaja-alaisia vaikutuksia.

Seuraavaksi tiimi aikoo viedä skaalausta entisestään, jolloin kontaktipituudet lyhenevät 15 nanometriin, ja tutkia vaihtoehtoisia kontaktimetalleja kontaktiresistanssin pienentämiseksi. Laajempi tavoite on luoda selkeämmät suunnittelusäännöt 2D-puolijohteiden integroimiseksi tulevaisuuden transistoriteknologioihin.

Aiheesta aiemmin:

Transistori muokkaa 2D-materiaalin elektronisia ominaisuuksia

Paremmat kontaktit 2D-transistoreille

More than Moore -konsepti