Создание ключевого компонента нового транзистора происходит из края листа графена. Открытие новых материалов, например, графен и углеродные нанотрубки. Новые элементы позволяют отказаться от изготовления кремния размером 1 нанометр, из заменят углеродные нанотрубки.
Это решение позволяет создавать затвор транзистора в 1 нанометр из одной углеродной нанотрубки. Сложность создания заключалась в верном размещении атомарно-тонких материалов в нужной конфигурации для получения рабочего устройства.
Как мы знаем, транзистор состоит из истока и стока которые разделены полупроводником. Изменение состояния полупроводника из проводящего в изолирующее происходит с помощью третьего электрода – затвора. Одним из важных критериев размера транзистора является длина затвора.
В 2021 году дисульфид молибдена был заявлен международной командой исследователей для производства двумерных транзисторов при толщине от одного до нескольких атомов. Была создана и технология для переноса одноатомных полупроводников из дисульфида молибдена на гибкую основу. Это позволило получить гибкие транзисторы, у которых толщина составила всего 5 микрон.
Дисульфид молибдена толще одного атома, но он является компактным элементом из-за расположения его химических связей. Именно этот материал использовался для производства полупроводникового материала и полоски металла в качестве контактов.
В предыдущем варианте одно-нанометровом устройстве материал для затвора транзистора применялся из одной углеродной нанотрубки. Уменьшить этот размер очень сложно. Что представляют собой листы графена? Они похожи на сплющенные углеродные нанотрубки, т.е. листы из углерода, которые связаны вместе. В такой конструкции длина листа и ширина получаются больше, чем у нанотрубки, а вот его толщина получается всего один атом углерода.
Новая наработка опирается на ориентацию края этого графенового листа. Изготовление его достаточно простое и не требует никаких точных позиционирований при использовании любого атомарно тонкого материала.
Создание транзистора опирается на кремний и диоксид кремния. Кремний был конструкционным и в самом транзисторе его нет. Лист графена накладывается на кремний и диоксида кремния для получения материала затвора. Эта конструкция сверху закрывается слоем алюминия. Предварительно алюминий специально окисливали, оставляя его на воздухе и получали оксид алюминия. Нижняя поверхность конструкции оказывалась на диоксиде кремния, с которым контактировал лист гр
афена и закрывается с другой стороны оксидом алюминия. Такое исполнение даёт изоляцию от остальной части транзистора всего листа кроме края графена.
Доступ к краю графена получают с помощью травления края алюминия до уровня диоксида кремния. В результате поучается конструкция, которую можно использовать как затвор транзистора. Этот этап производства закрывают тонким слоем оксида гафния, который становится изолятором и создаёт небольшое пространство между затвором и остальной частью оборудования. В результате край графена оказывается рядом с дисульфидом молибдена и при этом он встроен в стенку вертикальной части устройства. Получается длина затвора в толщину листа графена, а это один атом углерода или 0,34 нанометра.
После экспериментов было создано большое количество транзисторов новой конструкции. Транзисторы оказались рабочими, однако, ещё требуют достаточно высокое напряжение.
Улучшение полученной конструкции возможно различными способами.
Самым главным в этой части является то, что обнаружен простой и действенный способ при использовании преимущества наименьшего размера атомарно тонкого материала и образования части функционального транзистора. Это было сделано без сверхточных приборов для правильного позиционирования во время добавления в устройство графена и сульфида молибдена. В некоторой степени это обеспечивается тем, что край создается методом травления, дисульфид молибдена располагается так, чтобы покрыть затвор и доходить до места подключения истока и стока.