이 진보는 더 작은 마이크로칩 부품을 위한 2D 트랜지스터를 가능하게 할 수 있습니다

원자적으로 얇은 재료는 실리콘 기반 트랜지스터의 유망한 대안입니다. 이제 연구원들은 이를 다른 칩 요소에 더 효율적으로 연결할 수 있습니다.

마이크로칩에 집적될 수 있는 트랜지스터의 수가 2년마다 두 배로 늘어날 것이라는 유명한 예측인 무어의 법칙은 기본적인 물리적 한계에 부딪혀 왔습니다. 이러한 한계로 인해 새로운 접근 방식이 발견되지 않는 한 수십 년 간의 발전이 중단될 수 있습니다.

탐구되고 있는 한 가지 새로운 방향은 새로운 트랜지스터의 기초로 실리콘 대신 원자적으로 얇은 재료를 사용하는 것이지만 이러한 "2D" 재료를 다른 기존 전자 부품에 연결하는 것은 어려운 것으로 판명되었습니다.

이제 MIT, 캘리포니아 대학교 버클리, 대만 반도체 제조 회사 및 기타 지역의 연구원들이 2D 재료의 잠재력을 발휘하고 구성 요소의 소형화를 촉진하는 데 도움이 될 수 있는 전기 연결을 만드는 새로운 방법을 찾았습니다. 연구원들은 최소한 가까운 장래에 무어의 법칙을 확장하기 위해 말합니다.

현재 UC Berkeley에 있는 Dr. Cong Su는 “우리는 반도체 장치를 소형화하는 데 있어 가장 큰 문제 중 하나인 금속 전극과 단층 반도체 재료 사이의 접촉 저항을 해결했습니다. 해결책은 간단한 것으로 판명되었습니다. 단층 재료와 연결하기 위해 일반 금속 대신 반금속인 비스무트 원소를 사용하는 것입니다.

이 경우 몰리브덴 이황화물과 같은 초박막 단층 재료는 현재 실리콘 기반 트랜지스터 기술이 직면하고 있는 소형화 한계를 우회하는 방법에 대한 주요 경쟁자로 간주됩니다. 그러나 Su에 따르면 이러한 재료와 금속 도체를 서로 연결하고 다른 장치 및 전원에 연결하기 위해 효율적이고 전도성이 높은 인터페이스를 만드는 것은 이러한 솔루션으로의 발전을 가로막는 도전이었습니다.

금속과 반도체 물질(이러한 단층 반도체 포함) 사이의 계면은 금속 유도 갭 상태(metal-induced gap state)라고 불리는 현상을 생성하며, 이는 전하 캐리어의 흐름을 억제하는 현상인 쇼트키 장벽의 형성으로 이어집니다. 전자적 성질이 금속과 반도체 사이에 있는 반금속을 사용하고 두 재료 사이의 적절한 에너지 정렬과 결합하여 문제를 해결하는 것으로 밝혀졌습니다.

Dr. Yuxuan Lin은 컴퓨터 프로세서와 메모리 칩을 구성하는 트랜지스터의 빠른 소형화 속도가 2000년경에 정체되어 있었는데, 칩에 반도체 장치의 3차원 아키텍처를 허용하는 새로운 개발이 2007년에 logjam을 제거하고 빠른 진행을 재개했습니다. 그러나 이제 그는 "우리는 또 다른 병목 지점에 있다고 생각합니다."라고 말합니다.

소위 2차원 재료, 두께가 1개 또는 몇 개에 불과한 얇은 시트는 트랜지스터 소형화의 추가 도약을 가능하게 하는 모든 요구 사항을 충족하여 잠재적으로 채널 길이라고 하는 주요 매개변수(약 5~10)를 몇 배까지 줄일 수 있습니다. 나노미터, 현재의 최첨단 칩에서 나노미터 이하 규모. 전이 금속 디칼코게나이드로 알려진 화합물 계열을 포함하여 다양한 그러한 물질이 널리 연구되고 있습니다. 새로운 실험에 사용된 이황화몰리브덴은 이 계열에 속합니다. 그러한 물질과 저저항 금속 접촉을 달성하는 문제는 또한 이러한 새로운 단층 물질의 물리학에 대한 기초 연구를 방해하고 있습니다. 기존 연결 방식은 저항이 너무 크기 때문에 재료의 전자 거동을 모니터링하는 데 필요한 작은 신호가 너무 약해서 통과하지 못합니다.

상업적 수준에서 그러한 시스템을 확장하고 통합하는 방법을 알아내는 것은 시간이 걸리고 추가 엔지니어링이 필요할 수 있습니다. 그러나 연구원들은 이러한 물리학 응용의 경우 새로운 발견의 영향을 빠르게 느낄 수 있다고 말합니다.

한편, 연구원들은 계속해서 장치의 크기를 줄이고 다른 유형의 전하 캐리어인 정공에 더 나은 전기 접촉을 가능하게 할 수 있는 다른 재료 쌍을 찾고 있는 추가 탐구를 계속하고 있습니다. 그들은 소위 N형 트랜지스터의 문제를 해결했지만 효율적인 단층 P형 트랜지스터를 가능하게 하는 채널과 전기 접촉 재료의 조합을 찾을 수 있다면 차세대에 대한 많은 새로운 가능성이 열릴 것입니다. 칩, 그들은 말합니다.