Kemajuan Ini Dapat Mengaktifkan Transistor 2D untuk Komponen Microchip yang Lebih Kecil
Bahan tipis atom adalah alternatif yang menjanjikan untuk transistor berbasis silikon; sekarang peneliti dapat menghubungkannya dengan lebih efisien ke elemen chip lainnya.
Hukum Moore, prediksi terkenal bahwa jumlah transistor yang dapat dikemas ke dalam microchip akan berlipat ganda setiap beberapa tahun, telah menabrak batas fisik dasar. Batasan ini dapat menghentikan kemajuan selama puluhan tahun — kecuali jika pendekatan baru ditemukan.
Satu arah baru yang sedang dieksplorasi adalah penggunaan material yang tipis secara atomik sebagai pengganti silikon sebagai dasar untuk transistor baru, tetapi menghubungkan material “2D” tersebut dengan komponen elektronik konvensional lainnya terbukti sulit.
Sekarang para peneliti di MIT, Universitas California di Berkeley, Perusahaan Manufaktur Semikonduktor Taiwan, dan di tempat lain, telah menemukan cara baru untuk membuat sambungan listrik tersebut, yang dapat membantu melepaskan potensi bahan 2D dan lebih lanjut miniaturisasi komponen — mungkin cukup. untuk memperluas Hukum Moore, setidaknya dalam waktu dekat, kata para peneliti.
"Kami memecahkan salah satu masalah terbesar dalam miniaturisasi perangkat semikonduktor, resistansi kontak antara elektroda logam dan bahan semikonduktor monolayer," kata Dr. Cong Su, yang sekarang di UC Berkeley. Solusinya ternyata sederhana:penggunaan semilogam, elemen bismut, untuk menggantikan logam biasa untuk dihubungkan dengan material lapisan tunggal.
Bahan monolayer ultra tipis seperti itu, dalam hal ini molibdenum disulfida, dipandang sebagai pesaing utama untuk mengatasi batas miniaturisasi yang sekarang dihadapi oleh teknologi transistor berbasis silikon. Namun menurut Su, menciptakan antarmuka yang efisien dan sangat konduktif antara bahan tersebut dan konduktor logam untuk menghubungkannya satu sama lain dan ke perangkat lain serta sumber daya, merupakan tantangan yang menghambat kemajuan menuju solusi tersebut.
Antarmuka antara logam dan bahan semikonduktor (termasuk semikonduktor monolayer ini) menghasilkan fenomena yang disebut keadaan celah yang diinduksi logam, yang mengarah pada pembentukan penghalang Schottky, sebuah fenomena yang menghambat aliran pembawa muatan. Penggunaan semimetal, yang sifat elektroniknya berada di antara logam dan semikonduktor, dikombinasikan dengan keselarasan energi yang tepat antara kedua bahan, ternyata dapat menghilangkan masalah.
Yuxuan Lin menjelaskan bahwa langkah cepat dari miniaturisasi transistor yang membentuk prosesor komputer dan chip memori telah terhenti sebelumnya, sekitar tahun 2000, hingga perkembangan baru yang memungkinkan arsitektur tiga dimensi perangkat semikonduktor pada sebuah chip memecahkan kebuntuan pada tahun 2007 dan kemajuan pesat dilanjutkan. Tapi sekarang, katanya, “kami pikir kami berada di ujung kemacetan lain.”
Apa yang disebut bahan dua dimensi, lembaran tipis yang hanya setebal satu atau beberapa atom, memenuhi semua persyaratan untuk memungkinkan lompatan lebih lanjut dalam miniaturisasi transistor, yang berpotensi mengurangi beberapa kali parameter kunci yang disebut panjang saluran — dari sekitar 5 menjadi 10 nanometer, dalam chip mutakhir saat ini, ke skala sub-nanometer. Berbagai bahan tersebut sedang dieksplorasi secara luas, termasuk keluarga senyawa yang dikenal sebagai dichalcogenides logam transisi. Molibdenum disulfida yang digunakan dalam percobaan baru milik keluarga ini. Masalah mencapai kontak logam resistansi rendah dengan bahan tersebut juga telah menghambat penelitian dasar pada fisika bahan monolayer baru ini. Karena metode koneksi yang ada memiliki resistansi yang begitu tinggi, sinyal kecil yang diperlukan untuk memantau perilaku elektron dalam material terlalu lemah untuk dilewati.
Mencari tahu bagaimana meningkatkan dan mengintegrasikan sistem seperti itu pada tingkat komersial dapat memakan waktu dan memerlukan rekayasa lebih lanjut. Tetapi untuk aplikasi fisika seperti itu, kata para peneliti, dampak dari temuan baru bisa dirasakan dengan cepat.
Sementara itu, para peneliti terus mengeksplorasi lebih jauh, terus mengurangi ukuran perangkat mereka dan mencari pasangan bahan lain yang memungkinkan kontak listrik yang lebih baik dengan jenis pembawa muatan lainnya — lubang. Mereka memecahkan masalah yang disebut transistor tipe-N, tetapi jika mereka dapat menemukan kombinasi saluran dan bahan kontak listrik untuk mengaktifkan transistor tipe-P monolayer yang efisien juga, itu akan membuka banyak kemungkinan baru untuk generasi berikutnya. keripik, kata mereka.
