Заменить кремний: почему ведущие «чипмейкеры» бросились изучать материал, похожий на школьный «карандашный» графит
Физический предел применимости кремния, который полвека был движущей силой электронной революции, подходит к концу. Транзисторные каналы сжались до толщины в 5 нм, и ниже этого предела кремний начинает вести себя неудовлетворительно: шероховатость становится сопоставимой с толщиной материала, носители заряда рассеиваются, а подвижность падает на два порядка. Чем тоньше слой, тем сильнее атомарные неровности поверхности мешают току — и с этим уже ничего не поделать. Поиском материалов, способных заменить кремний в транзисторах следующего поколения, сегодня занимаются ведущие лаборатории мира, в их числе — исследовательские группы «Центра перспективной микроэлектроники», созданного на базе МФТИ.
«Кремний — великий материал, но у него есть физический предел. Мы работаем с тем, что будет после него» — Андрей Маркеев, эксперт НЦМУ «Центр перспективной микроэлектроники», доктор технических наук, главный научный сотрудник МФТИ
Материал из школьного опыта
В 2004 году британские физики Андре Гейм и Константин Новосёлов — оба родом из России — получили графен, отслаивая слои с куска графита обычным скотчем. Через шесть лет им дали Нобелевскую премию. Графен оказался материалом с поразительными свойствами, но для классической микроэлектроники непригодным: он полуметалл, а транзистору нужен полупроводник — материал, который можно переключать между проводящим и непроводящим состоянием.
Зато в том же семействе слоистых материалов нашлись соединения с нужными свойствами — дихалькогениды переходных металлов. В них слои держатся вместе не жесткими химическими связями, а слабым молекулярным притяжением — так называемыми силами Ван-дер-Ваальса. Это делает поверхность каждого слоя атомарно гладкой: никаких оборванных связей, никаких неровностей. Самый перспективный из таких материалов — дисульфид молибдена, MoS₂. Его монослой толщиной около семи ангстрем работает как полноценный полупроводник — примерно в десять раз тоньше того кремниевого канала, который уже сегодня считается рекордно тонким.