Wienin teknisessä korkeakoulussa on saatu aikaan tärkeä läpimurto transistoritekniikassa. Uusien eristeiden avulla voidaan tuottaa korkealaatuisia transistoreita käyttämällä kaksiulotteisia kalvomateriaaleja. Mooren lain vauhdin ylläpitäminen vaatii uutta miniatyrisoinnin vaihetta ja sellainen voisi jopa pian tulla mahdolliseksi kaksiulotteisten materiaalien avulla.
TU Wienin tutkijat ovat luoneet uuden kalsiumfluoridista tehdyn eristeen avulla erittäin ohuen transistorin, jolla on erinomaiset sähköiset ominaisuudet. Se voidaan lisäksi pienentää erittäin pieneksi, mikä ei ole aiemmin ollut kalvomateriaaleilla mahdollista.
Nykyään erittäin ohuita puolijohteita voidaan valmistaa 2D-materiaaleista, mutta se ei riitä erittäin pienen transistorin rakentamiseen. Äärimmäisen ohuen puolijohteen lisäksi tarvitsemme myös erittäin ohuen eristeen, toteaa professori Tibor Grasser TU Wienin mikroelektroniikan instituutista.
Aiemmat ohuiden puolijohteiden kanssa tehdyt kokeilut ovat liittyneet tavanomaisiin tarpeisiin nähden paksuihin eristeisiin, mikä estää transistorin pienentämisen. Nyt tutkijat käyttivät erittäin ohuita 2D-materiaaleja transistorin puolijohdeosan lisäksi myös eristävässä osassa. Eristeeksi valittiin ioniset kiteet, joiden avulla voidaan rakentaa vain muutaman nanometrin kokoinen transistori. Ionisilla kiteillä voi olla täydellisen säännöllinen pinta ilman pinnasta ulkonevaa yksittäistä atomia, mikä voisi häiritä transistorin toiminnassa tarvittavaa sähkökenttää. Uuden erittäin ohuen transistorin eristysaineeksi valittiin kalsiumfluoridi.
Heti ensimmäinen prototyyppi ylitti kaikki odotukset. - Olemme jo vuosien ajan vastaanottaneet melko monia erilaisia transistoreita tutkia niiden teknisiä ominaisuuksia - mutta emme ole koskaan nähneet mitään kalsiumfluoridieristimellä varustetun transistorin tapaista. Prototyyppi, jolla on erinomaiset sähköominaisuudet, ylittää kaikki aiemmat ratkaisut, Tibor Grasser kertoo.
Nyt tutkimusryhmä haluaa selvittää, mitkä eristeiden ja puolijohteiden yhdistelmät toimivat parhaiten. Kestää vielä muutama vuosi, ennen kuin tekniikkaa voidaan käyttää kaupallisesti saatavissa oleviin tietokonepiireihin, koska materiaalikerrosten valmistusprosesseja on vielä parannettava.
- Tieteellisestä näkökulmasta on selvää, että äskettäin testaamiamme fluoridit ovat tällä hetkellä paras ratkaisu eristeongelmaan. Nyt on vielä muutama tekninen kysymys ratkaisematta, Tibor Grasser kertoo.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 5.8.2019
