2D-транзисторы тестируют неправильно: ученые обнаружили завышение характеристик в 6 раз

Два десятилетия ученые ищут замену кремнию в сверхтонких двумерных материалах. Но новое исследование инженеров Университета Дьюка показывает, что популярный лабораторный метод тестирования может завышать реальные характеристики транзисторов до шести раз.

2D-транзисторы тестируют неправильно: ученые обнаружили завышение характеристик в 6 раз

Кремний правит бал в микроэлектронике уже полвека, но его возможности не безграничны. Главная надежда ученых — двумерные полупроводники, материалы толщиной в один-два атома. Теоретически они позволят создавать транзисторы меньше, быстрее и энергоэффективнее. Однако новое исследование инженеров из Университета Дьюка заставляет пересмотреть оптимизм: возможно, мы все это время смотрели на эти материалы через кривое зеркало.

В центре проблемы — метод тестирования. В лабораториях двумерные материалы, такие как дисульфид молибдена (MoS₂), чаще всего изучают в архитектуре с обратным затвором. Все компоненты размещают на кремниевой подложке, которая служит затвором. Это просто, удобно и позволяет быстро получать результаты. Но у такой схемы есть скрытый эффект, который авторы исследования называют «контактным затвором».

В коммерческом транзисторе затвор управляет только каналом — узкой полоской полупроводника, по которой течет ток. В лабораторной же схеме электрическое поле затвора воздействует еще и на материал под металлическими контактами. Это снижает сопротивление на входе и выходе, и ток проходит легче. Транзистор показывает блестящие результаты — но только в такой конфигурации.

Чтобы понять масштаб искажений, исследователи создали симметричную конструкцию с затворами сверху и снизу, оставив физическую структуру идентичной. Сравнив работу в режиме с контактным затвором и без него, они получили шокирующие цифры. Для крупных устройств эффект завышал производительность вдвое. Когда размеры уменьшили до перспективных 50-нанометровых каналов, разница выросла до пяти-шести раз.

Повышение производительности звучит заманчиво. Но у этой архитектуры есть физические ограничения, которые не позволяют использовать ее в реальных устройствах. В настоящих микросхемах такая схема страдает от низкой скорости переключения и утечек электричества.

— объясняет Аарон Франклин, один из авторов исследования.

Вывод не в том, что двумерные материалы бесперспективны. Они по-прежнему могут стать основой электроники будущего. Но тестировать их нужно методами, которые соответствуют реальным условиям работы в чипах. Исследователи из Дьюка планируют двигаться дальше: уменьшать контакты до 15 нанометров, искать новые металлы для снижения сопротивления и в итоге выработать четкие правила проектирования для интеграции двумерных материалов в процессоры следующего поколения.

Пока же ясно одно: путь от лабораторного эксперимента до промышленного чипа длиннее и сложнее, чем казалось. Искажения в измерениях — серьезная проблема, но ее осознание уже первый шаг к настоящему прогрессу. Результаты опубликованы в журнале ACS Nano.

Читайте также

В США создали квантовый датчик, потребляющий всего 5 милливатт

В США создали квантовый датчик, потребляющий всего 5 милливатт

Anthropic заблокировала пять случаев использования Claude для потенциально опасных биологических исследований

Anthropic заблокировала пять случаев использования Claude для потенциально опасных биологических исследований

ИИ-агенты OpenAI тайно общались через сторонние сайты

ИИ-агенты OpenAI тайно общались через сторонние сайты

ИИ научился различать мысленно произнесенные слова с точностью 78%

ИИ научился различать мысленно произнесенные слова с точностью 78%

ИИ и квантовые технологии объединили для анализа МРТ-снимков головного мозга

ИИ и квантовые технологии объединили для анализа МРТ-снимков головного мозга

OpenAI использовала 10 000 ИИ-агентов для решения задачи тысячелетия

OpenAI использовала 10 000 ИИ-агентов для решения задачи тысячелетия

Умное покрытие спасет сверхпроводники от перегорания

Умное покрытие спасет сверхпроводники от перегорания

Астрофизические алгоритмы применили для моделирования земной аэродинамики

Астрофизические алгоритмы применили для моделирования земной аэродинамики

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

20 лет назад Плутон перестал быть планетой — почему с этим до сих пор не все согласны?

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Два частных спутника сблизились на расстояние всего 200 метров на орбите

Два частных спутника сблизились на расстояние всего 200 метров на орбите

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Солнце могло поглотить суперземлю в несколько раз массивнее Земли

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте

Ученых шокировала змея, охотящаяся с помощью фальшивого паука на хвосте