この進歩により、より小さなマイクロチップコンポーネント用の2Dトランジスタが可能になる可能性があります

原子的に薄い材料は、シリコンベースのトランジスタの有望な代替品です。現在、研究者はそれらを他のチップ要素により効率的に接続できます。

マイクロチップに搭載できるトランジスタの数が数年ごとに2倍になるという有名な予測であるムーアの法則は、基本的な物理的限界にぶつかっています。これらの制限は、新しいアプローチが見つからない限り、数十年の進歩を停止させる可能性があります。

探求されている新しい方向性の1つは、新しいトランジスタの基礎としてシリコンの代わりに原子的に薄い材料を使用することですが、これらの「2D」材料を他の従来の電子部品に接続することは困難であることが証明されています。

現在、MIT、カリフォルニア大学バークレー校、台湾半導体製造会社などの研究者は、これらの電気接続を行う新しい方法を発見しました。これは、2D材料の可能性を解き放ち、コンポーネントの小型化を促進するのに役立つ可能性があります。少なくとも近い将来、ムーアの法則を拡張するために、研究者たちは言います。

「半導体デバイスの小型化における最大の問題の1つである、金属電極と単層半導体材料間の接触抵抗を解決しました」と、現在カリフォルニア大学バークレー校にいるCongSu博士は述べています。解決策は単純なものであることが証明されました。通常の金属の代わりに半金属であるビスマス元素を使用して、単分子層材料に接続します。

このような極薄の単分子層材料、この場合は二硫化モリブデンは、シリコンベースのトランジスタ技術が現在直面している小型化の限界を回避する方法の主要な候補と見なされています。しかし、Suによれば、そのような材料と金属導体を相互に接続したり、他のデバイスや電源に接続したりするために、そのような材料と金属導体の間に効率的で導電性の高いインターフェースを作成することは、そのようなソリューションへの進歩を妨げる課題でした。

金属と半導体材料（これらの単分子層半導体を含む）との界面は、金属誘起ギャップ状態と呼ばれる現象を引き起こし、これがショットキー障壁の形成につながります。これは、電荷キャリアの流れを妨げる現象です。電子特性が金属と半導体の間にある半金属を使用し、2つの材料間の適切なエネルギー調整を組み合わせることで、問題が解消されました。

Yuxuan Lin博士は、コンピュータプロセッサとメモリチップを構成するトランジスタの急速な小型化は、チップ上の半導体デバイスの3次元アーキテクチャを可能にする新しい開発が崩壊するまで、2000年頃まで停滞していたと説明しました。 2007年のlogjamと急速な進歩が再開されました。しかし今、彼は「私たちは別のボトルネックの端にいると思います」と言います。

いわゆる2次元材料、わずか1または数原子の厚さの薄いシートは、トランジスタの小型化をさらに飛躍させるためのすべての要件を満たし、チャネル長と呼ばれる重要なパラメータを約5から10に数倍削減する可能性があります。現在の最先端のチップでは、サブナノメートルスケールのナノメートル。遷移金属ジカルコゲナイドとして知られる化合物のファミリーを含む、さまざまなそのような材料が広く探求されています。新しい実験で使用された二硫化モリブデンは、このファミリーに属しています。そのような材料との低抵抗金属接触を達成するという問題はまた、これらの新しい単層材料の物理学に関する基礎研究を妨げてきた。既存の接続方法は非常に高い抵抗を持っているため、材料内の電子の振る舞いを監視するために必要な小さな信号は弱すぎて通過できません。

このようなシステムを商用レベルでスケールアップして統合する方法を理解するには、時間がかかり、さらにエンジニアリングが必要になる可能性があります。しかし、そのような物理学のアプリケーションでは、新しい発見の影響をすぐに感じることができると研究者たちは言います。

一方、研究者たちはさらに調査を続け、デバイスのサイズを縮小し続け、他のタイプの電荷キャリアである正孔との電気的接触を改善できる可能性のある他の材料の組み合わせを探しています。彼らはいわゆるN型トランジスタの問題を解決しましたが、チャネルと電気接点材料の組み合わせを見つけて効率的な単層P型トランジスタを実現できれば、次世代の多くの新しい可能性が開かれます。チップ、彼らは言います。