Teknik Baru Mengaktifkan Transistor 2D untuk Mikrochip Ultra-Kompak
Bahan secara atomis tipis adalah alternatif yang menjanjikan untuk transistor berbasis silicon; sekarang peneliti dapat menghubungkannya secara lebih efisien ke elemen chip lainnya.
Moore's Law, prediksi terkenal bahwa jumlah transistor yang dapat dipadatkan pada mikrochip akan melipat ganda setiap beberapa tahun, telah bertemu dengan batas fisika dasar. Batas ini dapat menghentikan dekade kemajuan — kecuali pendekatan baru ditemukan.
Arah baru yang sedang dieksplorasi adalah penggunaan bahan secara atomis tipis alih-alih silicon sebagai dasar untuk transistor baru tetapi menghubungkan bahan "2D" ini ke komponen elektronik konvensional lainnya telah terbukti sulit.
Sekarang peneliti di MIT, University of California at Berkeley, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, dan di tempat lain, telah menemukan cara baru untuk membuat koneksi listrik ini, yang dapat membantu meluncurkan potensi bahan 2D dan lebih lanjut meminimalkan komponen — mungkin cukup untuk memperpanjang Moore's Law, setidaknya untuk masa depan dekat, kata peneliti.
"Kami telah menyelesaikan salah satu masalah terbesar dalam meminimalkan perangkat semikonduktor, resistensi kontak antara elektroda logam dan bahan semikonduktor monolaer," kata Dr. Cong Su, yang sekarang di UC Berkeley. Solusi ternyata sederhana: penggunaan semilogam, elemen bismuth, untuk menggantikan logam biasa untuk terhubung dengan bahan monolaer.
Bahan monolaer ultratipis seperti itu, dalam hal ini molibdenum disulfide, dianggap sebagai pesaing besar untuk cara mengatasi batas meminimalkan yang sekarang dihadapi oleh teknologi transistor berbasis silicon. Namun menurut Su, menciptakan antarmuka yang efisien dan sangat konduktif antara bahan tersebut dan konduktor logam untuk menghubungkannya satu sama lain dan ke perangkat serta sumber daya lainnya, adalah tantangan yang menghambat kemajuan menuju solusi seperti itu.
Antarmuka antara logam dan bahan semikonduktor (termasuk semikonduktor monolaer ini) menghasilkan fenomena yang disebut metal-induced gap state, yang mengarah pada pembentukan Schottky barrier, fenomena yang menghambat aliran pengisi muatan. Penggunaan semilogam, yang properti elektroniknya jatuh di antara logam dan semikonduktor, digabungkan dengan pengaturan energi yang tepat antara dua bahan, ternyata menghilangkan masalah.
Dr. Yuxuan Lin menjelaskan bahwa laju cepat meminimalkan transistor yang membentuk prosesor komputer dan chip memori telah melambat sebelumnya, sekitar tahun 2000, hingga perkembangan baru yang memungkinkan arsitektur tiga dimensi perangkat semikonduktor pada chip membongkar macet pada 2007 dan kemajuan cepat dilanjutkan. Namun sekarang, katanya, "kami pikir kita berada di tepi botol kencang lain."
Bahan yang disebut dua dimensi, lembar tipis hanya satu atau beberapa atom tebal, memenuhi semua persyaratan untuk mengaktifkan lonjakan lebih lanjut dalam meminimalkan transistor, potensial mengurangi parameter kunci yang disebut channel length — dari sekitar 5 hingga 10 nanometer, dalam chip canggih saat ini, ke skala sub-nanometer. Berbagai macam bahan seperti itu sedang dieksplorasi secara luas, termasuk keluarga senyawa yang dikenal sebagai transition metal dichalcogenides. Molibdenum disulfide yang digunakan dalam eksperimen baru termasuk ke dalam keluarga ini. Masalah mencapai kontak logam dengan resistensi rendah dengan bahan seperti itu juga telah menghambat penelitian dasar pada fisika bahan monolaer novel ini. Karena metode koneksi yang ada memiliki resistensi yang sangat tinggi, sinyal kecil yang diperlukan untuk memantau perilaku elektron dalam bahan terlalu lemah untuk lolos.
Mengetahui cara menskala dan mengintegrasikan sistem seperti itu pada tingkat komersial mungkin memakan waktu dan membutuhkan rekayasa lebih lanjut. Namun untuk aplikasi fisika seperti itu, peneliti berkata, dampak temuan baru dapat terasa dengan cepat.
Sementara itu, peneliti terus mengeksplorasi lebih lanjut, terus mengurangi ukuran perangkat mereka dan mencari pasangan bahan lain yang mungkin memungkinkan kontak listrik yang lebih baik ke jenis pengisi muatan lainnya — lubang. Mereka telah menyelesaikan masalah untuk transistor N-type, tetapi jika mereka dapat menemukan kombinasi saluran dan bahan kontak listrik untuk mengaktifkan transistor P-type monolaer yang efisien juga, itu akan membuka banyak kemungkinan baru untuk chip generasi selanjutnya, katanya.
