Кремниевые транзисторы одноатомной толщины для супербыстрых вычислений

Исследователи из Инженерной школы Кокрелла при Техасском университете создали первые транзисторы, изготовленные из силицена, аллотропной формы кремния, самого тонкого в мире кремниевого материала. Их исследование позволит создавать более быстрые, меньшие и эффективные компьютерные чипы.

Изготовленный из одного слоя атомов кремния силицен имеет выдающиеся электрические свойства, но до настоящего времени было трудно его производить и с ним работать.

Доц. Деджи Акинванде (Deji Akinwande) и его команда, включающая ведущего исследователя Ли Дао (Li Tao), решила одну из главных проблем, связанных с силиценом, продемонстрировав, что из него может быть сделан транзистор.

Первые в своем роде устройства, разработанные доц. Акинванде и его командой, используют самый тонкий полупроводниковый материал, давнюю мечту полупроводниковой промышленности, и могут проложить путь для будущих поколений более быстрых и энергоэффективных компьютерных чипов. Их работа была опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Еще несколько лет назад искусственное создание силицена было чисто теоретической темой. Глядя на графен, другой материал атомной толщины на углеродной основе, исследователи предположили, что атомы кремния могут быть структурированы, в целом, аналогично.

Доц. Акинванде, который также работает над графеновыми транзисторами, видит ценность силицена в его сродстве с кремнием, с которым производители чипов уже знают, как работать.

«Кроме введения нового игрока на площадку 2D-материалов, силицен, с его близким химическим сродством к кремнию, предлагает новые возможности в дорожной карте полупроводниковой промышленности, - сказал доц. Акинванде. - Основной прорыв здесь – первое эффективное производство и изготовление силиценовых устройств при низкой температуре».

Несмотря на обещания коммерческой адаптации, силицен оказалось чрезвычайно трудно создать и трудно работать с ним в связи с его сложностью и нестабильностью при контакте с воздухом.

Чтобы обойти эти проблемы, доц. Акинванде совместно с Алессандро Молле (Alessandro Molle) из Института микроэлектроники и микросистем в Аграте-Брианца, Италия, разработали новый метод изготовления силицена, который понижает его контакт с воздухом. Для начала, исследователи позволили горячим парам атомов кремния конденсироваться на кристаллическом блоке серебра в вакуумной камере. Затем они сформировали силиценовый лист на тонком слоем серебра и добавили поверху слой оксида алюминия нанометровой толщины. Благодаря этим защитным слоям команда могла безопасно очистить его от его основания и перенести серебряной стороной вверх на окисленную кремниевую подложку. Затем они смогли аккуратно очистить некоторое количество серебра, оставив два островка металла в качестве электродов с полосой силицена между ними.

В ближайшее время доц. Акинванде будет продолжать исследовать новые структуры и методы создания силицена, что может привести к низкоэнергетическим, высокоскоростным цифровым компьютерным чипам.

Сотовая структура решетки силицена