실리콘에 에칭된 트랜지스터의 축소 특성은 항상 제조 기술의 최전선을 추진해야 한다. 그러나, 그래 핀 및 탄소 나노 튜브와 같은 원자 얇은 재료의 발견은 이러한 재료의 자연 속성으로 제조 수요를 대체 할 전망을 높였습니다. 1 nm 폭의 탄소 나노튜브를 간단히 사용할 수 있다면 실리콘에 1 nm 의 특징을 각식할 필요가 없다.

현재, 단일 탄소 나노튜브로 만든 1 나노문과 같은 몇 가지 중요한 성공이 이루어졌다. 그러나, 이 작업에는 일반적으로 어려운 과정이 포함됩니다. 즉, 기능성 설비를 만들기 위해 원자 얇은 재질을 올바른 위치에 놓는 방법입니다. 하드웨어의 나머지 부분은 일반적으로 좀 더 전통적인 트랜지스터를 빌려 설계한 육중한 재료로 만들어졌다.

그러나 이번 주에 발표된 새로운 연구 논문은 지금까지 가장 작은 트랜지스터 게이트 길이의 기록적인 설계를 묘사했다. 이 기록은 그라핀 조각의 가장자리에 의해 만들어졌는데, 이는 메쉬에 탄소 원자가 하나뿐이라는 것을 의미한다. 또한 설계 팀은 핵심 조립품에 두 번째 원자 얇은 재질 (영리한 부품 배열 추가) 을 사용하여 전체 트랜지스터를 쉽게 제조할 수 있도록 합니다.

원자화로 나아가다

표준 트랜지스터 설계에는 두 개의 전도성 전극, 즉 소스 극과 누출극이 포함되며 반도체로 구분됩니다. 반도체의 상태, 즉 전도인지 절연인지, 세 번째 전도전극에 의해 결정되는데, 이 전극을 격자라고 한다. 트랜지스터 크기를 측정하는 기준은 많지만 게이트 길이는 가장 중요한 기준 중 하나입니다.

실리콘은 가장 유명한 반도체일지 모르지만, 이 재료들 중에는 원자가 얇은 반도체도 있는데, 이황화 몰리브덴이 가장 두드러진다. 이황화 몰리브덴은 화학결합의 배열이 단일 원자만큼 얇지는 않지만 여전히 촘촘하다. 그것의 유용한 성질, 좋은 특성, 사용하기 쉬운 것을 감안하여 연구원들은 이황화 몰리브덴을 반도체 재료로 사용한다. 소스 전극과 누전 극은 이황화 텅스텐과 접촉하는 간단한 금속 막대일 뿐이다.

이전 1 나노 장치에서 격자는 단일 탄소 나노튜브로 만들어졌습니다. 작아지기는 어렵지만 불가능한 것도 아니다. 그라핀 슬라이버는 평평한 탄소 나노튜브와 같습니다. 서로 연결된 탄소 원자입니다. 플레이크의 길이와 폭은 나노튜브보다 훨씬 크지만, 그 두께는 단 하나의 탄소 원자의 두께일 뿐이다. 그래핀의 가장자리를 게이트로 사용할 수 있다면 아주 작은 게이트 길이를 얻을 수 있습니다.

그러나, 이 모든 재료들은 무수한 테스트 장비에 사용된다. 이 새로운 일의 비밀은 그들이 어떻게 안배되었는지에 있다. 이 배열의 일부는 그라핀 조각의 가장자리가 올바른 방향으로 그리드 역할을 하도록 하기 위한 것입니다. 그러나 이 설계의 두드러진 장점 중 하나는 원자 얇은 재질을 매우 정확하게 배치할 필요가 없기 때문에 쉽게 제조할 수 있다는 것입니다.

교묘한 기하학

이런 설비를 만들기 위해 연구원들은 실리콘과 이산화 실리콘 층으로 시작한다. 실리콘은 순수한 구조입니다-트랜지스터 자체는 실리콘을 포함하지 않습니다. 그라핀 조각은 실리콘과 이산화 실리콘에 코팅되어 게이트 재질을 형성한다. 그 위에 연구원들은 알루미늄 층을 배치했다. 알루미늄은 일종의 도체이지만, 연구원들은 그것을 공기 중에 며칠 머무르게 하는데, 이 기간 동안 그 표면은 산화 알루미늄으로 산화되었다. 그래핀 조각의 밑면은 이산화 실리콘, 위에는 산화 알루미늄, 둘 다 절연체입니다. 이렇게 하면 그래핀 가장자리가 트랜지스터 하드웨어의 나머지 부분과 분리됩니다.

연구진은 유용한 방식으로 그라핀의 가장자리를 노출하기 위해 알루미늄의 가장자리를 따라 아래의 실리카에 간단히 에칭했다. 이렇게 하면 그라핀 슬라이스가 잘려 게이트로 사용할 수 있는 선형 가장자리가 노출됩니다. 이 시점에서, 전체 장치는 하프늄 산화물의 얇은 층으로 덮여 있으며, 하프늄 산화물은 게이트 및 기타 하드웨어 사이에 약간의 공간을 제공하는 절연체입니다.

위: 장치 맵. 블랙은 실리카 기판, 파란색은 그라핀, 빨간색은 알루미늄/알루미나 층, 노란색은 이산화 몰리브덴입니다. 하프늄 산화물 층은 나타나지 않았다.

다음으로 전체 (현재 3 차원) 구조에 이황화 반도체 칩을 배치합니다. 따라서 그라핀의 가장자리 (현재 부품의 수직 부분에 포함된 벽) 는 이황화 몰리브덴에 가깝습니다. 그라핀의 가장자리는 이제 반도체의 전도성을 제어하는 문으로 사용될 수 있다. 게이트의 길이도 그라핀 조각의 두께인 단일 탄소 원자, 즉 0.34 nm 입니다.

그곳에서 연구팀은 단순히 원극과 누출을 게이트 양쪽에 배치했다. 3d 레이아웃으로 이 작업을 쉽게 수행할 수 있습니다. 소스는 위에, 누출은 아래에, 중간에 수직 벽이 있습니다. 연구원들은 그들의 설비를 측벽 트랜지스터라고 부른다. 왜냐하면 격자는 측벽 중간에 있기 때문이다. ) 을 참조하십시오

디자인뿐만이 아닙니다.

장치의 많은 특성이 모델링을 통해 얻어졌지만 연구자들은 분명히 수십 개의 트랜지스터를 만들었습니다. 그들 중 일부는 제조 공정을 기반으로 한 예상 위치에 있는지 영상화하고 확인하기 위해 희생되었다. 하지만 다른 모든 것은 하드웨어가 트랜지스터처럼 작동한다는 것을 증명하는 데 사용됩니다. 비록 상당한 전압이 필요하지만, 이를 위해서는 상당한 전압이 필요합니다. 그것의 누출도 충분히 낮아서 저전력 조작에 적합하다.

물론 연구원들은 트랜지스터를 개선할 수 있는 다양한 방법을 제시했다. 그러나 이러한 초기 데모 장치의 성능은 주제에서 벗어나 기능을 넘어섭니다.

정말로 중요한 것은 연구원들이 실제로 가장 작은 원자 얇은 재질을 기능 트랜지스터의 일부로 사용할 수 있는 방법을 찾았다는 것이다. 장비에 그라핀과 황화 텅스텐을 넣으면 특별히 정확한 위치 지정 없이 이 작업을 수행할 수 있습니다. 이 부분은 정확한 위치가 필요한 그라핀 부분 (가장자리) 이 에칭을 통해 생성되기 때문입니다. 또한 이황화 플루토늄의 위치는 게이트를 덮고 소스 극과 누출을 연결할 수 있는 위치까지 확장할 수 있을 만큼 충분해야 합니다.

물론, 이 구조에 기반한 수십억 대의 장치를 쉽게 찾을 수 있으려면 시간이 오래 걸릴 것입니다. 그러나 이것은 확실히 목표를 달성하는 데 필요한 단계이다.