Открытие, которое может повлиять на дизайн будущих чипов

Команда физиков из Университета Макгилла совместно с исследовательской группой из «Дженерал Моторс» продемонстрировала, что электрический ток может существенно уменьшиться, когда соединяются проволоки из двух разных металлов. Это представляет интерес для преодоления имеющихся барьеров в полупроводниковых приборах. 

Обнаруженный эффект может определить выбор материалов и конструкцию устройств в новой области – наноэлектронике.

Поскольку технологические нормы становятся все меньше, разработчики будущих микросхем хотят понимать, как ведет себя электрический заряд, когда он ограничен металлической проволокой всего несколько атомов в диаметре. Согласно результатам эксперимента, по мере уменьшения размеров элементов до атомного уровня сопротивление току не возрастает при согласующемся уменьшении устройства. Сопротивление начинает «прыгать вокруг», демонстрируя неожиданные квантовомеханические эффекты.

«Здесь можно использовать аналогию с водяным шлангом, - пояснил проф. Петер Грюттер (Peter Grütter) из Университета Макгилла. – Если вы поддерживаете давление постоянным, поток воды уменьшается по мере того, как вы уменьшаете диаметр шланга. Но если вы уменьшаете диаметр до размеров два—три атома, поток не будет больше уменьшаться пропорционально степени уменьшения диаметра шланга. Он будет изменяться скачкообразно».

Ученые исследовали сверхмалый контакт между золотом и вольфрамом, двух металлов, комбинация которых используется сегодня в полупроводниках для соединения различных компонент в устройстве. Для получения изображений вольфрамового зонда и поверхности золота с атомной точностью и обеспечения механического контакта была использована передовая техника микроскопии. Электрический ток, текущий через контакт, оказался намного меньше, чем ожидалось. Совместно с исследователем из GM Юэ Ци (Yue Qi) было выполнено механическое моделирование атомной структуры контакта.

Электрическое моделирование подтвердило этот результат, показывающий, что различие в электронной структуре двух металлов приводит к четырехкратному уменьшению значения тока даже при безупречной поверхности контактов. Исследователи также обнаружили, что кристаллические дефекты, вызванные контактом двух материалов, были дополнительным фактором для наблюдаемого уменьшения тока.

Тиль Хагедорн (Till Hagedorn), студент из Университета Макгилла, изучает устройство с помощью полевого ионного микроскопа