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

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

22-тонный КАМАЗ-1010 «обманывает» законы физики в карельских лесах

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

ChatGPT заблокировал запросы на имитацию стиля известных писателей

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд

«Умный пластырь» определяет сахар в крови через пот за пять секунд

Российские специалисты научили роботов находить кратчайший путь в сто раз быстрее

Российские специалисты научили роботов находить кратчайший путь в сто раз быстрее

Физики создали необычный аналоговый ИИ из 400 вращающихся микрочастиц в капле жидкости

Физики создали необычный аналоговый ИИ из 400 вращающихся микрочастиц в капле жидкости

Нейросети научат искать потенциальные ямы: ДГТУ формирует датасеты для анализа дорог

Нейросети научат искать потенциальные ямы: ДГТУ формирует датасеты для анализа дорог

Российская Tomato Quality Station автоматически сортирует помидоры

Российская Tomato Quality Station автоматически сортирует помидоры

Ученые предупредили о новой угрозе для квантовых компьютеров

Ученые предупредили о новой угрозе для квантовых компьютеров

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Рождение GEO: как бренды платят миллионы, чтобы их советовал ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

Бензин как лотерея: станут ли гибриды и электромобили популярным выбором россиян?

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

7 удивительных фактов о черных дырах, которые меняют наше представление о Вселенной

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

Ученые предложили новый способ искать разумную жизнь во Вселенной — без поиска технологий

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Владение смартфоном снижает навыки чтения у детей 3–6 классов – исследование UCLA

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

Следы возрастом 1,43 млн лет у озера Туркана рассказали о предках человека ростом 180 см

NASA показало поврежденное колесо марсохода Curiosity после почти 14 лет работы на Марсе

NASA показало поврежденное колесо марсохода Curiosity после почти 14 лет работы на Марсе