Атомна матрійка: як японці запхнули напівпровідник у трубку діаметром 1 нанометр
Кремнієва ера поступово впирається у фізичну стіну, і вчені по всьому світу намагаються знайти вихід із цього глухого кута. Цього разу прорив прийшов із Японії. Група дослідників, до якої увійшли фахівці Токійського університету (The University of Tokyo), оголосила про створення одних із найтонших напівпровідникових нанотрубок у світі. Їхній діаметр становить лише один нанометр — це приблизно в 100 тисяч разів менше за товщину людської волосини.
Проблема стабільності та метод «матрійки»
Головна біда з надтонкими неорганічними структурами полягає в тому, що їх вкрай важко зробити стабільними. Досі більшість подібних матеріалів або виходили занадто «товстими», або потребували додаткових внутрішніх опор, які псували всі корисні властивості. Японці підійшли до питання з іншого боку, використавши метод, що нагадує побудову матрійки.
Як зовнішню «форму» вчені використали нанотрубки з нітриду бору. Цей матеріал є чудовим ізолятором і водночас здатен утримувати структуру під час нагрівання. Усередині цієї оболонки формувалася надтонка трубка з дисульфіду молібдену (MoS2) — перспективного напівпровідника, який давно розглядають як заміну кремнію. Обмежений простір змусив атоми вишикуватися в майже ідеальному порядку, мінімізуючи кількість дефектів.
Чому це краще за кремній та вуглець
Сьогоднішні кремнієві чипи виготовляють методом травлення. На «атомних» масштабах цей процес стає занадто грубим: неминуче виникають дефекти поверхні, що призводять до витоку струму. Нові нанотрубки формуються з атомною точністю, що автоматично знімає цю проблему.
Якщо порівнювати з вуглецевими нанотрубками, то дисульфід молібдену виглядає набагато передбачуванішим. У вуглецю є неприємна особливість: найменше відхилення в структурі може перетворити напівпровідник на звичайний провідник, що для транзистора є фатальним. Матеріали на основі MoS2 зберігають свої характеристики стабільними, що критично важливо для промислового виробництва
, — зазначають автори дослідження в журналі Nature.
Майбутнє архітектури GAA
Отримана конструкція ідеально вписується в концепцію транзисторів із круговим затвором (Gate-All-Around, GAA). Це та сама архітектура, на яку зараз переходять провідні виробники процесорів для досягнення техпроцесів нижче 3 нм. Експерименти підтвердили: зі зменшенням діаметра нанотрубки її електронні властивості змінюються, що дає змогу гнучко керувати характеристиками майбутнього пристрою.
Зараз команда працює над тим, щоб збільшити довжину цих трубок з кількох сотень нанометрів до мікрометра та більше. Якщо технологію вдасться масштабувати, ми отримаємо фундамент для наступного покоління обчислювальної техніки, де потужність не буде обмежуватися фізичними вадами кремнію.
Поки одні вчені занурюються в мікросвіт атомів, інші намагаються вирішити проблеми космічного масштабу. Наприклад, Ілон Маск планує «оживити» Марс, хоча для реалізації таких амбітних планів йому точно знадобляться надійніші процесори на нових нанотрубках.
