(Phys.org) – Forskare rapporterar viktiga milstolpar i utvecklingen av nya halvledare för att potentiellt ersätta kisel i framtida datorchips och för tillämpningar inom flexibel elektronik.

Resultaten beskrivs i tre tekniska dokument, inklusive en som fokuserar på ett samarbete mellan forskare från Purdue University, Intel Corp. och SEMATECH, ett konsortium dedikerat till att utveckla chiptillverkningen. Teamet har visat det potentiella löftet om en extremt tunn - eller "tvådimensionell" - halvledare som kallas molybdendisulfid.

Även om molybdendisulfid har studerats av forskargrupper runt om i världen, ett viktigt hinder för dess praktiska användning har varit ett stort elektriskt motstånd mellan metallkontakter och enatomära lager av materialet. Detta "kontaktmotstånd" begränsar strömflödet mellan kontakterna och molybdendisulfiden, hämmar prestationen.

"Detta är en grundläggande flaskhals, " sa Peide "Peter" Ye, en Purdue-professor i el- och datateknik.

Nu, forskare har visat hur man kan övervinna detta hinder genom att "dopa" materialet med den kemiska föreningen 1, 2 dikloretan (DCE), vilket innebär att enstaka lager av molybdendisulfid är impregnerade med DCE. Denna dopning resulterar i en 10-faldig minskning av kontaktresistans och en 100-faldig minskning av kontaktresistivitet, ytterligare ett mått på motstånd.

Resultaten är grundläggande för att lära sig hur man utvecklar alternativ till kisel som sannolikt kommer att behövas efter 2020, när, det är tänkt, kiseltransistorer kommer att nå sina tekniska gränser, stoppa ytterligare framsteg.

Resultaten kommer att presenteras under 2014 års Symposia on VLSI Technology and Circuits den 9-13 juni i Honolulu. Uppsatsen skrevs av Purdue doktorander Lingming Yang, Yuchen Du, Han Liu och Heng Wu; SEMATECH forskare Kausik Majumdar, Py Hung, Robert Tieckelmann och Chris Hobbs; Michael Hatzistergos, en forskare från State University of New Yorks College of Nanoscale Science and Engineering; Intels Wilman Tsai; och Ye.

Strukturen av molybdendisulfid är ett enatomärt lager av molybden inklämt mellan enatomära lager av sulfid. Forskarna kunde dopa dessa små strukturer med DCE.

"Det är i sig svårt att dopa ett enda atomlager, "Sade ni. "Det är mycket svårare än att dopa kisel i bulk för konventionella halvledarenheter. Jag tror att en viktig faktor är samarbetet mellan akademin, Intel och SEMATECH, vilket har gjort den här typen av forskning möjlig."

Forskare kallar tekniken för molekylärt lager doping.

I ett avseende, molybdendisulfiden liknar grafen, ett extremt tunt lager av kol, vilket är lovande för tillämpningar inom elektronik och datorer. Som grafen, materialet bildas i en atomtjocka lager som kan skalas bort. Till skillnad från grafen, dock, materialet är en halvledare, potentiellt göra det praktiskt för elektroniska enheter. Det är särskilt lovande för tunna, flexibla och genomskinliga elektroniska enheter för skärmar, pekplattor och andra applikationer.

Molybdendisulfidpapperet är ett av tre artiklar som Yes forskargrupp presenterar under VLSI-konferensen.

En av de andra tidningarna beskriver fynd som visar de första högpresterande enheterna tillverkade av ett material som kallas galliumarsenid, lovande för eran efter kisel för framtida datorer och hemelektronik. Sådana halvledare kallas III-V-material eftersom de kombinerar element från den tredje och femte gruppen i det periodiska systemet.

Resultaten visar att gallium-arsenid är kompatibel med den komplementära metall-oxid-halvledare (CMOS) tillverkningsprocessen som används för att konstruera integrerade kretsar.

"Forskning om gallium-arsenid MOS har pågått i cirka 50 år, och här visade vi för första gången att det är genomförbart på CMOS-kretsnivå, " sa du.

I den tredje tidningen, forskare visar hur man använder en halvledare som kallas germanium för att producera två typer av transistorer som behövs för elektroniska enheter. Materialet hade tidigare varit begränsat till transistorer av "P-typ". De nya rönen visar hur man använder materialet också för att göra transistorer av "N-typ" "med avsevärt förbättrade kontakter, "Sa du. Eftersom båda typerna av transistorer behövs för CMOS-kretsar, fynden pekar på möjliga tillämpningar för germanium i datorer och elektronik.

Delar av forskningen, baserad på Birck Nanotechnology Center i Purdues Discovery Park, finansieras av National Science Foundation, Semiconductor Research Corp. och SEMATECH.