2D半導体はムーアの法則を救うでしょうか?
潤滑剤としての二硫化モリブデンの使用は、入植者がボギー車軸を潤滑するためにそれを使用した17世紀以来知られています。 1940年代以降、この物質は潤滑剤の成分として広く使用されてきました。自然界では、二硫化モリブデンはモリブデナイトと呼ばれる鉱物の形で発生します(写真)
ムーアの法則は、集積回路内のトランジスタの数が数年ごとに2倍になるという経験的な仮定です。しかし、トランジスタが非常に小さくなり、現在のシリコンベースの技術では物理的なサイズを縮小する機会をさらに提供できないため、この法則は誤動作し始めています。
ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)とカリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)の研究者のグループがいる公表します 理論的に問題を解決できる二次元半導体の製造技術の説明。
二次元半導体は、平面に沿った電子の伝播を可能にし、これには多くの利点があります。1)トランジスタを開状態から閉状態に、またはその逆に非常に便利に切り替える。2)散乱のない電子の方向性移動、つまり2次元材料では、電気抵抗がゼロのトランジスタを作成できます。これにより、オン/オフ時にエネルギーをまったく無駄にしません。このような材料は超伝導体と呼ばれます。
抵抗がゼロの場合、どうなりますか、超伝導プロセッサはまったく加熱されませんか?
しかし、すべてを順番に。
はい、理論的には、実際にはゼロ抵抗トランジスタを取得できます。しかし実際には、そのような高度な超薄型半導体を作成するために克服する必要のある多くの技術的障壁があります。障害の1つは、堆積された超薄膜が不均一すぎる、つまり粒子の境界があることです。これらの境界は、多結晶材料の2つの結晶間の界面、結晶構造の欠陥を表しています。電荷キャリアはそれらから跳ね返るように見えるため、抵抗損失が増加します。
最も有望な超薄型半導体の1つは二硫化モリブデン(MoS 2)であり、その電子特性は過去20年にわたって研究されてきました。
しかし、工業規模での2次元MoS 2の製造は、真の課題であることが証明されました。いいえ、産業のMoS 2の蒸着技術がいる、まだ半導体産業にとって重要である結晶粒界のないフィルムを、取得の可能性を示しませんでした。そして、ここで、ニューサウスウェールズ大学とUCLAの化学工学部の研究者によって発表された科学論文にたどり着きます。彼らは、MoS 2の自己沈殿への新しいアプローチを開発しました。これにより、上記の粒子境界が排除されます。
ガリウム金属を液体状態で使用することにより、粒状性を排除する独自の能力が実現されます。ガリウムは、わずか29.8°Cの低融点の驚くべき金属です。つまり、室温では固いのですが、手のひらに持っていくとすぐに溶けてしまいます。液体になるので、表面は原子的に滑らかです。そうすることで、液体は金属のままであるため、表面は化学反応を促進するために多数の自由電子を提供します。
モリブデンと硫黄の供給源を液体ガリウム、より正確にはインジウムとガリウムの共晶合金の表面に近づけることにより、科学者は、MoS 2の必要な膜を得るために、モリブデン-硫黄結合を形成する化学反応を実行することができました。..。形成された二次元材料は、原子的に滑らかなガリウム表面に堆積するため、自然に粒状性のない完全に平らな形状を形成します。MOS自己析出xはインジウム-ガリウム共晶合金(EGaIn)の表面に。技術プロセスのさらなる段階で、粒状性のない理想的な構造を有する二次元半導体フィルムが得られる。プロセスは、工業的規模で行うことができる。
様子を示したMoS上記図2の自己析出物。下の図では、シート自体です。結晶のMoSの高分解能X線光電子分光法2シート。図解GおよびF:結晶図と実際の八角形結晶構造
これは、非常に滑らかな平面半導体の工業生産にとって非常に重要なステップです。
UNSWの研究者は、マイクロエレクトロニクスで使用される他の2次元半導体および誘電体材料を作成するための技術を改善することを計画しています。科学者たちは、この方法が、従来の2D TMD法に取って代わり、大規模生産に適合できる大型の2次元遷移金属ジカルコゲナイド(2D TMDまたはTMD)の用途の広い堆積手順であることを強調しています。
科学記事は2020年10月2日にジャーナルAdvancedFunctional Materials(doi:10.1002 / adfm.202005866)に掲載されました。
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