Vědci našli řešení pro skrytou mezeru 0,14 nm, která brzdí 2D čipy: Pomoci mohou „zipové materiály“

Výzkumníci z Technické univerzity ve Vídni (TU Wien) identifikovali dosud přehlíženou nanometrovou mezeru o velikosti přibližně 0,14 nanometru, která se tvoří mezi ultratenkými 2D materiály a izolačními vrstvami.

Výzkumníci z Technické univerzity ve Vídni (TU Wien) identifikovali dosud přehlíženou nanometrovou mezeru o velikosti přibližně 0,14 nanometru, která se tvoří mezi ultratenkými 2D materiály a izolačními vrstvami. Tato nepatrná separace by mohla zabránit mnoha slibným čipovým materiálům v dosažení očekávaného zmenšení, které je klíčové pro polovodičový průmysl.

Tým zjistil, že ačkoliv jsou 2D materiály jako grafen a disulfid molybdenu vysoce ceněny pro své elektronické vlastnosti a potenciál pro menší a energeticky účinnější elektroniku, stávají se nevhodnými, jakmile jsou integrovány do skutečných zařízení. Problém nespočívá v samotném materiálu, ale v jeho interakci s izolační oxidovou vrstvou, která je nezbytná uvnitř tranzistoru. V tranzistoru hradlová elektroda přepíná polovodič mezi vodivým a nevodivým stavem, k čemuž je zapotřebí co nejtenčí izolační vrstva. Slabá vazba, známá jako van der Waalsovy síly, mezi mnoha 2D materiály a oxidy však vytváří tuto mezeru. Ačkoliv je nepatrná, výrazně snižuje kapacitní vazbu mezi vrstvami a omezuje účinnost, s jakou může hradlo ovládat zařízení. Tato mezera se tak stává skutečným úzkým hrdlem pro zmenšování budoucích čipů, bez ohledu na to, jak silné se zdají být vnitřní vlastnosti materiálu v laboratorních testech.

Vědci z TU Wien však zároveň nastínili cestu vpřed prostřednictvím takzvaných „zipových materiálů“. U těchto struktur se polovodič a izolant pevněji propojují namísto toho, aby zůstaly volně připojené. Toto pevnější spojení může eliminovat problematickou mezeru a obnovit elektrický výkon nezbytný pro pokračující miniaturizaci tranzistorů. Profesor Mahdi Pourfath zdůrazňuje, že pokud chce polovodičový průmysl uspět s 2D materiály, musí být aktivní a izolační vrstva navrženy společně od samého počátku. Profesor Tibor Grasser dodává, že tato práce je dobrou zprávou pro průmysl, protože umožňuje předvídat, které materiály jsou vhodné pro budoucí kroky miniaturizace a které nikoli. Tyto poznatky by mohly pomoci výrobcům čipů vyhnout se vysokým investicím do materiálových systémů, které by narazily na fyzikální limity ještě před komerční výrobou. V době, kdy polovodičový průmysl hledá nástupce křemíku, studie naznačuje, že další průlom nemusí záviset ani tak na jednom zázračném materiálu, jako spíše na precizním inženýrství rozhraní mezi více vrstvami.