Kredit:University of New South Wales
Moores lag är ett empiriskt förslag som säger att antalet transistorer fördubblas med några års mellanrum i integrerade kretsar (IC). Dock, Moores lag har börjat misslyckas eftersom transistorer nu är så små att nuvarande kiselbaserade teknologier inte kan erbjuda ytterligare möjligheter till krympning.
En möjlighet att övervinna Moores lag är att tillgripa tvådimensionella halvledare. Dessa tvådimensionella material är så tunna att de kan tillåta spridning av gratis laddningsbärare, nämligen elektroner och hål i transistorer som bär informationen, längs ett ultratunt plan. Denna inneslutning av laddningsbärare kan potentiellt möjliggöra omkoppling av halvledaren mycket enkelt. Det tillåter också riktade banor för laddningsbärarna att röra sig utan spridning och leder därför till oändligt litet motstånd för transistorerna.
Det betyder att i teorin, de tvådimensionella materialen kan resultera i transistorer som inte slösar energi när de slås på/av. Teoretiskt sett de kan växla mycket snabbt och även stänga av till absoluta nollresistansvärden under sina icke-operativa tillstånd. Låter perfekt, men livet är inte idealiskt! I verkligheten, det finns fortfarande många tekniska barriärer som bör överträffas för att skapa sådana perfekta ultratunna halvledare. En av barriärerna med nuvarande teknologier är att de avsatta ultratunna filmerna är fulla av korngränser så att laddningsbärarna studsar tillbaka från dem och därmed ökar den resistiva förlusten.
En av de mest spännande ultratunna halvledarna är molybdendisulfid (MoS 2 ) som har varit föremål för utredning under de senaste två decennierna för dess elektroniska egenskaper. Dock, erhålla mycket storskalig tvådimensionell MoS 2 utan några korngränser har visat sig vara en riktig utmaning. Genom att använda alla nuvarande storskaliga deponeringstekniker, korngränsfri MoS 2 vilket är avgörande för att göra IC:er har ännu uppnåtts med acceptabel mognad. Dock, nu forskare vid Institutionen för kemiteknik, University of New South Wales (UNSW) har utvecklat en metod för att eliminera sådana korngränser baserat på en ny deponeringsmetod.
"Denna unika förmåga uppnåddes med hjälp av galliummetall i flytande tillstånd. Gallium är en fantastisk metall med en låg smältpunkt på endast 29,8 grader C. Det betyder att vid en normal kontorstemperatur är den fast, medan den förvandlas till en vätska när den placeras i någons handflata. Det är en smält metall, så dess yta är atomärt slät. Det är också en konventionell metall vilket innebär att dess yta ger ett stort antal fria elektroner för att underlätta kemiska reaktioner, "Ms Yifang Wang, sa den första författaren till tidningen.
"Genom att föra källorna till molybden och svavel nära ytan av gallium flytande metall, vi kunde realisera kemiska reaktioner som bildar molybdensvavelbindningarna för att etablera den önskade MoS 2 . Det bildade tvådimensionella materialet är malt på en atomärt slät yta av gallium, så det är naturligt kärnbildat och korngränsfritt. Detta innebär att genom ett andra steg glödgning, vi kunde få mycket stort område MoS 2 utan korngräns. Detta är ett mycket viktigt steg för att skala upp denna fascinerande ultrasläta halvledare."
Forskarna vid UNSW planerar nu att utöka sina metoder till att skapa andra tvådimensionella halvledare och dielektriska material för att skapa ett antal material som kan användas som olika delar av transistorer.
