Микроэлектроника: В Японии научились формировать прямолинейные интерфейсы TMDC доменов
Команда ученых из Tokyo Metropolitan University работала с тонкими кристаллическими пленками дихалькогенидов переходных металлов (TMDC - transition metal dichalcogenides). Тонкие - это мало сказано, речь идет о слоях атомарной толщины, что позволяет говорить о практически двумерной структуре материала. Такие пленки обладают рядом интересных свойств, что заставляет ученых в разных странах заниматься их изучением.
Команда японских ученых подавала в камеру роста различные типы TMDC и получила полоски длиной 20 нм, окруженные различными TMDC с атомно-прямыми интерфейсами и слоистыми структурами. Они также провели исследования электрических свойств созданных гетероструктур - достигнутые результаты обещают возможности создания электроники со сверхвысокой эффективностью в плане мощности.
Разработками материала в Японии занималась группа ученых, возглавляемых доктором Ю.Кобаяси (Yu Kobayashi) и доцентом Ясумитсу Мията (Yasumitsu Miyata). Источник: sciencedaily.com
Темой TMDC интересуются сейчас многие, в частности, идут активные исследования этих материалов в США - в Университете штата Джорджиа, в Берклиевской национальной лаборатории, в Китае - в Китайской академии наук и в Японии. Ученых привлекает возможность создания двумерных материалов и слоистых кристаллических структур на их основе. Среди свойств TMDC - стабильность, возможность получения тонких пленок, нетоксичность и механическая прочность. Еще одна особенность - выявленный в TMDC эффект топологического резонанса.
В основе TMDC, как известно, лежат переходные металлы, например, молибден или вольфрам и халькогены (элементы группы 16), например, сера или селен (а также кислород, теллур и радиоактивный элемент полоний). Заменяя в такой паре один металл на другой, можно получать проводники, полупроводники и даже сверхпроводники. Объединяя домены с разными свойствами в единую гетероструктуру, можно по сути формировать атомно-тонкую электронику со свойствами, превосходящими свойства современных систем на базе традиционной кремниевой электроники.
Японцы использовали для создания двумерных гетероструктур метод осаждения из паровой фазы. Проблемой, с которой они столкнулись, было создание плоского интерфейса между различными доменами, что важно для эффективной работы устройств. В своей работе японские ученые показали возможность выращивания полос разных TMDC на краях существующих доменов. За счет оптимизации скорости роста, они научились выращивать гетероструктуры с четко выраженными областями и атомарно прямыми краями.
Исследование с помощью сканирующего туннельного микроскопа показало хорошее соответствие результатов созданной ранее цифровой модели идеального интерфейса. Японская команда использовала четыре различных TMDC.
Возможность формирования плоских прямолинейных интерфейсов позволяет контролировать перемещение электронов и резистивность, а также оптические свойства материалов. Это позволяет надеяться на то, что такие материалы можно будет задействовать в вычислительных системах, где вместо электронов используются фотоны (что обещает ускорение работы процессоров в разы), а также создавать запоминающие устройства с низким энергопотреблением, более энергоэффективные светодиоды, лазеры и ячейки для фотовольтаики.
Конечно, речь идет о сравнительно неблизкой перспективе. Существующая отрасль производства полупроводников на основе кремния - это триллионы вложенных в нее долларов. К резкому изменению технологий, что потребовало бы новых гигантских вливаний в разработку и выпуск нового технологического оборудования, постройку новых заводов и т.д., отрасль вряд ли готова. Что не отменяет, конечно, необходимости в фундаментальных исследованиях, которые могут привести к постепенной миграции на новые технологии в будущем.
Также по теме:
2D Nanofluidic Heterojunctions: Electrokinetically Tunable Ion Transport
You Don’t Have to Be Perfect for TMDCs to Shine Bright
За новостями микроэлектроники и полупроводников удобно следить в телеграм-канале RUSmicro