Создан самый маленький транзистор на сегодняшний день

Уже больше десятилетия идет гонка по сокращению размеров отдельных компонентов современных чипов. Ученые и инженеры выяснили, что нижним теоретическим порогом этих размеров является размер в 5 нанометров, после чего работоспособность элементов транзисторной логики будет утеряна вследствие увеличения влияния эффектов квантовой механики. И, можно сказать, что гонка, о которой упоминалось немного выше, близится к финишной черте, ведь размеры транзисторов, располагающихся на кристаллах самых современных чипов, равны 20 нанометрам, что всего в четыре раза больше теоретического предела.

Однако, исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) бросили вызов существующим законам физики и добились успеха в этом деле. Они создали транзистор, управляющий электрод (затвор) которого имеет размер всего 1 нанометр. Для сравнения, самый тонкий человеческий волос имеет диаметр 50 000 нанометров.

Ключом к успеху в деле создания нового транзистора является использование нескольких инновационных материалов - углеродных нанотрубок и дисульфида молибдена (MoS2). Дисульфид молибдена или молибденит относится к классу двухмерных полупроводниковых материалов и он обладает огромным потенциалом для его использования в светодиодах, полупроводниковых лазерах, транзисторах, солнечных батареях и т.п.

Стандартные транзисторы имеют три электрода, сток, исток и затвор. Электрический ток течет через транзистор от стока к истоку, а управляет этим током потенциал, подаваемый на затвор. Величина и полярность этого потенциала может включить или выключить транзистор. В новом транзисторе исследователи использовали тот эффект, что электроны передвигаются в слое молибденита, встречая большее сопротивление, нежели чем в кремнии. Это, в свою очередь, мешает им совершить квантовый туннельный переход на другой электрод, что делает текущий через транзистор ток абсолютно неуправляемым.

Снимок структуры транзистора

Разобравшись с созданием полупроводникового канала будущего транзистора, ученые приступили к созданию 1-нанометрового управляющего электрода, затвора, что оказалось весьма и весьма сложным делом. Обычные литографические технологии уже не работают на этом масштабе, поэтому ученым пришлось обратить свое внимание на углеродные нанотрубки, полые углеродные трубки, диаметр которых может быт равен 1 нанометру.

Когда ученым удалось создать из углеродной нанотрубки затвор транзистора, они произвели измерение всех характеристик получившегося у них устройства. Оказалось, что такой транзистор вполне работоспособен и потенциал на "нанотрубочном" затворе позволяет эффективно управлять током через транзистор.

"Однако, наш транзистор является лишь доказательством работоспособности новой идеи. Мы еще не разработали технологию создания множества таких транзисторов на чипе, кроме этого, мы пока изготовили и испытали лишь несколько образцов нанометровых транзисторов" - пишут ученые, - "Тем не менее, все это является демонстрацией того, что размеры транзистора могут быть уменьшены ниже 5 нанометров. И мы надеемся на то, что наша работа в будущем позволит закону Гордона Мура продержаться еще некоторое время".