Flydende metaller kommer halvledere til undsætning

Moores lov er et empirisk forslag om, at antallet af transistorer fordobles hvert par år i integrerede kredsløb (IC'er). Imidlertid, Moores lov er begyndt at fejle, da transistorer nu er så små, at de nuværende siliciumbaserede teknologier ikke er i stand til at tilbyde yderligere muligheder for at krympe.

En mulighed for at overvinde Moores lov er at ty til todimensionelle halvledere. Disse todimensionelle materialer er så tynde, at de kan tillade udbredelse af gratis ladningsbærere, nemlig elektroner og huller i transistorer, der bærer informationen, langs et ultratyndt plan. Denne indespærring af ladningsbærere kan potentielt muliggøre omskiftning af halvlederen meget let. Det tillader også retningsbestemte baner for ladningsbærerne at bevæge sig uden spredning og fører derfor til uendelig lille modstand for transistorerne.

Det betyder, at i teorien, de todimensionelle materialer kan resultere i transistorer, der ikke spilder energi under deres tænd/sluk-kobling. Teoretisk set, de kan skifte meget hurtigt og også slukke for absolutte nulmodstandsværdier under deres ikke-operationelle tilstande. Lyder ideelt, men livet er ikke ideelt! I virkeligheden, der er stadig mange teknologiske barrierer, der bør overgås for at skabe så perfekte ultratynde halvledere. En af barriererne med de nuværende teknologier er, at de aflejrede ultratynde film er fulde af korngrænser, så ladningsbærerne hoppes tilbage fra dem og dermed det resistive tab øges.

En af de mest spændende ultratynde halvledere er molybdændisulfid (MoS ₂ ), som har været genstand for undersøgelse i de sidste to årtier for sine elektroniske egenskaber. Imidlertid, opnåelse af meget stor todimensionel MoS ₂ uden nogen korngrænser har vist sig at være en reel udfordring. Ved at bruge enhver nuværende storskala deponeringsteknologi, korngrænsefri MoS ₂ som er afgørende for at lave IC'er er endnu nået med acceptabel modenhed. Imidlertid, nu forskere ved School of Chemical Engineering, University of New South Wales (UNSW) har udviklet en metode til at fjerne sådanne korngrænser baseret på en ny deponeringstilgang.

"Denne unikke egenskab blev opnået ved hjælp af galliummetal i flydende tilstand. Gallium er et fantastisk metal med et lavt smeltepunkt på kun 29,8 grader C. Det betyder, at det ved en normal kontortemperatur er fast, mens det bliver til en væske, når det lægges i håndfladen af ​​nogen. Det er et smeltet metal, så dens overflade er atomisk glat. Det er også et konventionelt metal, hvilket betyder, at dets overflade giver et stort antal frie elektroner til at lette kemiske reaktioner, "Fru Yifang Wang, sagde den første forfatter af papiret.

"Ved at bringe kilderne til molybdæn og svovl nær overfladen af ​​gallium flydende metal, vi var i stand til at realisere kemiske reaktioner, der danner molybdænsvovlbindingerne for at etablere den ønskede MoS ₂ . Det dannede todimensionelle materiale skabes på en atomisk glat overflade af gallium, så det er naturligt kernefri og korngrænsefrit. Dette betyder, at ved et andet trins udglødning, vi var i stand til at opnå meget stort område MoS ₂ uden korngrænse. Dette er et meget vigtigt skridt til at opskalere denne fascinerende ultraglatte halvleder."

Forskerne ved UNSW planlægger nu at udvide deres metoder til at skabe andre todimensionelle halvledere og dielektriske materialer for at skabe en række materialer, der kan bruges som forskellige dele af transistorer.