(Phys.org) —Forskare utvecklar en ny typ av halvledarteknik för framtida datorer och elektronik baserad på ”tvådimensionella nanokristaller” lagrade i ark som är mindre än en nanometer tjocka som kan ersätta dagens transistorer.

Den skiktade strukturen är gjord av ett material som kallas molybdendisulfid, som tillhör en ny klass av halvledare - metall -di -chalogenides - som växer fram som potentiella kandidater för att ersätta dagens teknik, komplementära metalloxid halvledare, eller CMOS.

Ny teknik kommer att behövas för att tillåta halvledarindustrin att fortsätta utvecklingen i datorprestanda som drivs av förmågan att skapa allt mindre transistorer. Det blir allt svårare, dock, att fortsätta krympa elektroniska enheter tillverkade av konventionella kiselbaserade halvledare.

"Vi kommer snart att nå de grundläggande gränserna för kiselbaserad CMOS-teknik, och det betyder att nya material måste hittas för att kunna fortsätta skala, "sa Saptarshi Das, som har avlagt doktorsexamen, arbetar med Joerg Appenzeller, professor i el- och datorteknik och vetenskaplig chef för nanoelektronik vid Purdues Birck Nanotechnology Center. "Jag tror inte att kisel kan ersättas av ett enda material, men förmodligen kommer olika material att samexistera i en hybridteknik. "

Nanokristallerna kallas tvådimensionella eftersom materialen kan existera i form av extremt tunna ark med en tjocklek av 0,7 nanometer, eller ungefär bredden på tre eller fyra atomer. Fynd visar att materialet presterar bäst när det formas till ark om cirka 15 lager med en total tjocklek på 8-12 nanometer. Forskarna har också utvecklat en modell för att förklara dessa experimentella observationer.

Fynd dyker upp den här månaden som ett omslag i tidningen Snabba forskningsbrev . Tidningen var medförfattare av Das och Appenzeller, som också har varit medförfattare till en uppsats som ska presenteras under den årliga Device Research Conference vid University of Notre Dame från 23-26 juni.

"Vår modell är generisk och därför, antas vara tillämpligt på alla tvådimensionella skiktade system, "Sa Das.

Molybden -disulfid är lovande delvis eftersom det har en bandgap, en egenskap som behövs för att slå på och av, vilket är avgörande för digitala transistorer för att lagra information i binär kod.

Att analysera materialet eller integrera det i en krets kräver en metallkontakt. Dock, en faktor som begränsar möjligheten att mäta de elektriska egenskaperna hos en halvledare är det elektriska motståndet i kontakten. Forskarna eliminerade detta kontaktmotstånd med hjälp av en metall som kallas scandium, så att de kan bestämma de verkliga elektroniska egenskaperna hos den lagrade enheten. Deras resultat har publicerats i januarinumret av tidskriften Nano bokstäver med doktoranderna Hong-Yan Chen och Ashish Verma Penumatcha som de andra medförfattarna.

Transistorer innehåller kritiska komponenter som kallas grindar, som gör det möjligt för enheterna att slå på och av och styra strömmen av elektrisk ström. I dagens marker, längden på dessa portar är cirka 14 nanometer, eller miljarddels meter.

Halvledarindustrin planerar att minska portlängden till 6 nanometer år 2020. Men ytterligare storleksminskningar och hastighetsökningar är sannolikt inte möjliga med kisel, vilket innebär att nya mönster och material kommer att behövas för att fortsätta utvecklingen.