Pienin koskaan luotu transistori

Tiedetään, että perinteisillä puolijohteilla fysiikan lait asettavat viiden nanometrin kynnyksen transistorien porttien koolle. Tällöin lähde-nielu tunneloituminen ja sähköstaattisen ohjauksen menetys aiheuttavat toiminnan tyrehdyttäviä vuotovirtoja, kun piirin pitäisi olla johtamaton.

Mutta uusia konsteja etsitään. Tutkimusryhmä, jota johti Ali Javey Berkeley Labista, on tehnyt yhden sellaisen luomalla transistorin, joka toimii yhden nanometrin portilla.

"Porttipituutta pidetään transistorin määrittelevänä dimensiona. Osoitimme portiltaan yhden nanometrisen transistorin, joka osoittaa, että oikean materiaalien valinnan kanssa, että on vielä paljon tilaa kutistaa elektroniikkaa," toteaa Javey.

Tutkijat käyttivät hiilinanoputkia ja molybdeenidisulfidia (MoS2). Niillä molemmilla on kiteinen hilarakenne, mutta elektronit käyttäytyvät niissä hieman eri tavoin. Tästä erosta johtuen piikanavissa alle viiden nanometrin pituus ei enää riitä sillä tunnelointi alkaa vuotaa elektroneja lähteestä nieluun eli transistoria ei voi sulkea.

MoS2:ssa virtaavat elektronit kohtaavat suuremman resistanssin joten niiden kulkua voidaan ohjata pienemmillä porttipituuksilla. MoS2:ta voidaan myös skaalata noin 0,65 nanometrin paksuisiksi levyiksi, joilla on pienempi dielektrisyysvakio.

Kun MoS2:ta käytettiin kanavana ja eristeenä zirkoniumdioksidia sekä yhden nanometrin paksuista hiilinanoputkea porttimateriaalina rakenne osoitti erinomaisia kytkentäominaisuuksia lähes ihanteellisella noin 65 millivolttia per dekadi alle kynnyksen olevalla kaltevuudella. Simulaatiot osoittavat tehokkaaksi kanavan pituudeksi poiskytkettynä noin 3,9 nm ja kytketyssä tilassa noin 1 nm.

Työ on vielä konseptin todistus ja siten pitäisi vielä kehittää tekniikat pakata niitä mikropiiriin miljardien määrissä ja itsekohdistuva valmistusmenetelmä rakenteen loisresistanssien hallitsemiseksi.

Saavutus toki antaa toivoa Mooren lain jatkuvuudesta vielä tulevaisuudessakin.

Aiheesta aiemmin:

Atomisen ohuita transistoreita