Lagdelte 2-D nanokrystaller lover ny halvleder

(Phys.org) – Forskere udvikler en ny type halvlederteknologi til fremtidige computere og elektronik baseret på "todimensionelle nanokrystaller" lagdelt i ark mindre end en nanometer tykke, som kunne erstatte nutidens transistorer.

Den lagdelte struktur er lavet af et materiale kaldet molybdændisulfid, som tilhører en ny klasse af halvledere - metal di-chalogenider - der dukker op som potentielle kandidater til at erstatte nutidens teknologi, komplementære metaloxid-halvledere, eller CMOS.

Nye teknologier vil være nødvendige for at give halvlederindustrien mulighed for at fortsætte fremskridt inden for computerens ydeevne drevet af evnen til at skabe stadigt mindre transistorer. Det bliver stadig sværere, imidlertid, at fortsætte med at krympe elektroniske enheder lavet af konventionelle siliciumbaserede halvledere.

"Vi vil meget snart nå de grundlæggende grænser for siliciumbaseret CMOS-teknologi, og det betyder, at der skal findes nye materialer for at fortsætte med skalering, " sagde Saptarshi Das, som har afsluttet en doktorgrad, arbejder med Joerg Appenzeller, en professor i elektro- og computerteknik og videnskabelig direktør for nanoelektronik ved Purdues Birck Nanotechnology Center. "Jeg tror ikke, at silicium kan erstattes af et enkelt materiale, men sandsynligvis vil forskellige materialer eksistere side om side i en hybridteknologi."

Nanokrystallerne kaldes todimensionelle, fordi materialerne kan eksistere i form af ekstremt tynde plader med en tykkelse på 0,7 nanometer, eller omtrent bredden af ​​tre eller fire atomer. Fund viser, at materialet klarer sig bedst, når det formes til plader på omkring 15 lag med en samlet tykkelse på 8-12 nanometer. Forskerne har også udviklet en model til at forklare disse eksperimentelle observationer.

Resultaterne vises i denne måned som en forsidehistorie i tidsskriftet Hurtige forskningsbreve . Avisen var medforfatter af Das og Appenzeller, som også har været medforfatter til et papir, der skal præsenteres under den årlige Device Research Conference på University of Notre Dame fra 23.-26. juni.

"Vores model er generisk og derfor, menes at være anvendelig til ethvert todimensionelt lagdelt system, " sagde Das.

Molybdændisulfid er lovende, delvist fordi det har et båndgab, en egenskab, der er nødvendig for at tænde og slukke, som er kritisk for digitale transistorer til at lagre information i binær kode.

At analysere materialet eller integrere det i et kredsløb kræver en metalkontakt. Imidlertid, en faktor, der begrænser muligheden for at måle en halvleders elektriske egenskaber, er den elektriske modstand i kontakten. Forskerne eliminerede denne kontaktmodstand ved hjælp af et metal kaldet scandium, giver dem mulighed for at bestemme de sande elektroniske egenskaber af den lagdelte enhed. Deres resultater er blevet offentliggjort i januarudgaven af ​​tidsskriftet Nano bogstaver med ph.d.-studerende Hong-Yan Chen og Ashish Verma Penumacha som de øvrige medforfattere.

Transistorer indeholder kritiske komponenter kaldet porte, som gør det muligt for enhederne at tænde og slukke og styre strømmen af ​​elektrisk strøm. I dagens chips, længden af ​​disse porte er omkring 14 nanometer, eller milliardtedele af en meter.

Halvlederindustrien planlægger at reducere portlængden til 6 nanometer i 2020. yderligere størrelsesreduktioner og stigninger i hastighed er sandsynligvis ikke mulige ved brug af silicium, hvilket betyder, at nye designs og materialer vil være nødvendige for at fortsætte fremskridt.