Puolijohdevalmistajat ovat kekseliäästi kehittäneet uusia ratkaisuja, joilla Mooren lakina tunnettua pienempään ja energiatehokkaampaan skaalautumista on pidetty hengissä jo vuosikymmeniä. Nyt ollaan jo 5 nanometrissä, mutta kehitys ei pysähdy vieläkään. MIT:n tutkijoiden mukaan uusi materiaali mahdollistaa piirien valmistamisen jopa 1 tai 2 nanometrin viivanleveydellä.
Massachusetts Institute of Technologyn tutkijat ovat työskennelleet yhdessä Berkeleyn yliopiston ja TSMC:n tutkijoiden kanssa löytääkseen kalvomateriaaleja, joiden avulla voitiaisiin valmistaa ohuempia ja pienempiä transistoreja. Näiden 2D-materiaalien yhdistäminen muihin tavanomaisiin elektronisiin komponentteihin on osoittautunut vaikeaksi.
Tutkijat kehittivät uuden tavan toteuttaa sähköliitännät, jotka yhdistäisivät uudet kalvomateriaalit perinteisiin puolijohdekomponentteihin. Tutkimuksen tulokset on esitelty Nature-lehdessä. Ratkaisuksi metallielektrodin ja yksikerroksisen puolijohdemateriaalin väliseen kosketukseen löytyi vismutti.
Vismutti on puolimetalli. Sen avulla voidaan rakentaa rajapinta esimerkiksi molybdeenidisulfidin – tai muiden yksikerrosmateriaalien – ja piipohjaisten transistorien välille. Metallien ja puolijohdemateriaalien (mukaan lukien nämä yksikerroksiset puolijohteet) välinen rajapinta tuottaa ilmiön, jota kutsutaan metallin aiheuttamaksi aukkotilaksi. Tämä johtaa Schottky-esteen muodostumiseen, joka estää varauksen kantajien virtauksen.
MIT:n tutkijoiden mukaan puolimetallin käyttö, jonka elektroniset ominaisuudet ovat metallien ja puolijohteiden välillä, yhdistettynä asianmukaiseen energian suuntaamiseen näiden kahden materiaalin välillä osoittautui ongelman ratkaisuksi.
Mikroprosessorien kehityksen pysähtyminen ei uhkaa puolijohdealaa ensimmäistä kertaa. Vuosituhannen vaihteen tienoilla kehitys uhkasi pysähtyä, kun keksittiin kolmiulotteinen transistorirakenne. Nyt uusin tutkimus näyttää ratkaisevan kehityksen uuden pullonkaulan.
Niin sanotut kaksiulotteiset materiaalit, vain yhden tai muutaman atomin paksuiset ohuet kalvot, täyttävät kaikki vaatimukset transistoreiden miniatyroinnin mahdollistavan uuden harppauksen mahdollistamiseksi. Niiden avulla voidaan lyhentää transistorikanavan pituutta, joka tämän hetken edistyneimmissä piireissä on noin 5-10 nanometriä, jopa alle nanometrin mittaan.Tällaiset piirit mahdollistavia materiaaleja tutkitaan laajalti. Esimerkiksi molybdeenidisulfidi kuuluu tähän siirtymämetallidikalkogenidien perheeseen.
Pienen resistanssin omaavan metallikontaktin saavuttaminen tällaisten materiaalien kanssa on haitannut näiden uusien yksikerrosmateriaalien fysiikan perustutkimusta. Koska nykyisillä liitäntämenetelmillä on niin suuri vastus, pienet signaalit, joita tarvitaan elektronien käyttäytymisen seuraamiseen materiaalissa, ovat liian heikkoja päästäkseen läpi.
Tällaisten järjestelmien laajentamisen ja integroinnin selvittäminen kaupallisella tasolla voi viedä jonkin aikaa ja vaatia edelleen suunnittelua. Mutta tällaisten fysiikan sovellusten osalta tutkijoiden mukaan uusien havaintojen vaikutus voidaan tuntea nopeasti. Sillä välin tutkijat jatkavat tutkimustaan jatkamalla edelleen laitteidensa koon pienentämistä ja etsimällä muita materiaalipareja, jotka mahdollistavat paremmat sähköiset kontaktit.
