В МФТИ придумали, как заставить работать посткремниевые транзисторы

На протяжении десятилетий закон Мура соблюдался за счет бесконечного масштабирования: инженеры уменьшали затворы кремниевых ключей, повышая плотность их размещения на кристалле. Однако при достижении критической отметки в пять нанометров физические законы начинают работать против инженеров. Возникает квантовое туннелирование «на холодную» – электроны просачиваются сквозь диэлектрик даже при запертом затворе, вызывая колоссальный ток утечки и термический перегрев чипа.

Двумерные кристаллы, такие как MoS₂, теоретически решают эту проблему благодаря экстремально малой толщине и превосходным электростатическим свойствам. Главная преграда всегда заключалась в металлизации: при стандартном вакуумном напылении атомы электродов выбивают серу с поверхности полупроводника, превращая идеальный слой в хаотичную структуру дефектов.

Команда МФТИ применила концепцию «туннельного буфера». Между металлическим контактом и монослоем они интегрировали изолирующую пленку диоксида титана (TiO₂) субнанометровой толщины. Роман Романов, старший научный сотрудник Лаборатории атомно-слоевого осаждения, поясняет парадокс решения: материал является диэлектриком, но его тонкость позволяет носителям заряда преодолевать барьер посредством квантового туннелирования, одновременно химически защищая решетку от разрушения.

Для обеспечения адгезии пленки ученые использовали бомбардировку низкоэнергетическими ионами гелия. Илья Завидовский, специалист Центра фотоники и двумерных материалов, уточняет механику процесса: частицы не разрушают матрицу, а лишь аккуратно вытесняют единичные атомы серы, создавая вакансии. Именно в этих точках молекулы прекурсора TiO₂ находят точку опоры для начала роста сплошного слоя.

Эксперимент доказал абсолютную нетерпимость системы к дефектам: любая микротрещина или «дыра» в оксидной броне мгновенно деградирует электрические параметры всей цепи. При этом технология базируется на промышленно освоенном методе атомно-слоевого осаждения (ALD), что делает ее пригодной для трансферта на конвейер без глобальной перестройки фабрик. Данный подход универсален – он применим к селенидам и другим дихалькогенидам переходных металлов, открывая эру прозрачной гибкой электроники нового поколения.