Atómovo tenké materiály, ako je grafén, sú jednotlivé molekuly, v ktorých sú všetky chemické väzby orientované tak, že výsledná molekula tvorí list. Tieto majú často odlišné elektronické vlastnosti, ktoré umožňujú výrobu elektroniky s neuveriteľne malými prvkami s hrúbkou iba dvoch atómov. A existuje množstvo príkladov funkčných zariadení vyrobených z týchto dvojrozmerných materiálov.

Ale takmer všetky doterajšie príklady využívali detailnú konštrukciu, niekedy zahŕňajúcu výskumníkov, ktorí ručne manipulovali s jednotlivými listami materiálu. Nie sme teda v bode, kedy by sme z týchto materiálov mohli vyrobiť zložitú elektroniku. Výskumný dokument, ktorý bol dnes zverejnený, však opisuje metódu výroby tranzistorov v doskovom meradle založenú na dvojrozmerných materiáloch. Výsledné tranzistory fungujú konzistentnejšie ako tranzistory vyrobené pomocou tradičnejších výrobných metód.

Lepšia výroba

Väčšina úsilia na uľahčenie výroby elektroniky na báze atómovo tenkých materiálov zahŕňala začlenenie týchto materiálov do konvenčných techník výroby polovodičov. To dáva zmysel, pretože tieto technológie nám umožňujú vykonávať neuveriteľne presné spracovanie materiálov vo veľkých množstvách. Zvyčajne to znamená, že veľká časť kovového drôtu potrebného pre elektroniku sa zavádza konvenčnou výrobou. 2D materiál sa potom umiestni na kov a vykoná sa dodatočné spracovanie na vytvorenie funkčných tranzistorov.

„Dodatočné spracovanie“ často zahŕňa umiestnenie kovovej vrstvy na 2D materiál. Výskumníci sú toho názoru, že to pravdepodobne nie je najlepší spôsob, ako robiť veci. Usadzovanie kovu môže poškodiť 2D materiál a niektoré z jednotlivých atómov kovu môžu difundovať do 2D materiálu a vytvárať malé skraty v rámci väčšieho prvku. To všetko znižuje výkon akéhokoľvek obvodu postaveného pomocou tejto technológie.

Tím teda prišiel na spôsob, ako obrábať všetky jednotlivé časti okruhu samostatne a poskladať ich za šetrných podmienok. Najjednoduchšou časťou bolo formovanie brán tranzistorov, ktoré boli jednoducho vyryté na pevný substrát a následne eloxované.

Oddelene tím vytvoril jednotnú vrstvu atómovo tenkého materiálu (sulfid molybdénový) na povrchu oxidu kremičitého chemickým nanášaním pár. Táto doska sa potom zdvihla a preniesla cez oxid hlinitý, čím sa nad bránou vytvorila atómovo tenká vrstva polovodiča. Na výrobu tranzistora výskumníkom chýbali iba zdrojové a odvodňovacie elektródy.

Vyrobené úplne diskrétne tvarovaním každého drôtu na pevný povrch. Drôty sa potom vložili do polyméru a všetko sa odlúplo z povrchu, čím sa vytvorila doska polyméru s drôtmi zabudovanými na spodnom povrchu. Tento polymér je sám o sebe dostatočne flexibilný, aby sa mohol natiahnuť alebo zdeformovať, a tak sa drôty nebudú zarovnávať s hradlami, ako je to potrebné na vytvorenie funkčných obvodov. Aby sa tieto deformácie znížili, výskumníci pripojili polymér na vrstvu kremeňa predtým, ako ho vytlačili na plát pokrytý hradlovými elektródami. To viedlo k ukladaniu drôtov priamo na vrch disulfidu molybdénu, čím sa dokončila tvorba funkčných tranzistorov.

Akonáhle je všetko na svojom mieste, polymér môže byť odstránený za miernych podmienok a akýkoľvek prebytočný materiál môže byť odrezaný pomocou plazmového leptania. Výsledkom bolo pole tranzistorov, kde polovodičové spojenie so zdrojovou a kolektorovou elektródou bolo vytvorené jednoducho z materiálu umiestneného fyzicky vedľa seba. To obmedzuje možnosť poškodenia atómovo tenkého polovodičového materiálu.

lepší výkon

Zatiaľ čo všetko požadované spracovanie je oveľa šetrnejšie ako typická výroba polovodičov, táto výroba veci zjednodušuje konfiguráciou všetkých funkcií, ktoré sú nakoniec potrebné. Aby tento prístup fungoval, sú zdrojové a drenážne elektródy vyrobené oddelene od brány a musia byť potom spustené na miesto. Pre obvody s malými funkciami to vyžaduje neuveriteľne presné zarovnanie.

Toto… nie vždy vyšlo. Vyskytlo sa množstvo prípadov, keď celá sada elektród skončila mimo zarovnanie, zvyčajne v dôsledku mierneho nesprávneho nastavenia pri páde na miesto. Toto je niečo, čo by sa dalo zlepšiť, ale pravdepodobne to bude stále výzva.

Dobrou správou je, že keď to fungovalo, fungovalo to naozaj dobre; Výkon zariadení bol oveľa konzistentnejší ako tie, ktoré sa vyrábajú pomocou bežnejších techník. A podľa väčšiny opatrení sa im darilo oveľa lepšie. Napätie na vstupe a výstupe sa líšilo o deväť rádov. Výpadok mimo štátu bol tiež veľmi nízky.

Celkovo prístup fungoval. Výskumníci boli schopní zostaviť funkčné obvody na celom 2-palcovom plátku, vrátane polovičných hadích modulov, základnej súčasti výpočtového hardvéru. Takže aj keď je to očividne stále v štádiu ukážky, demo je skôr o tom, na aký hardvér sa dá použiť.

To neznamená, že disulfid molybdénový je na najlepšej ceste nahradiť kremík. Desaťročia skúseností umožnili robiť s kremíkovými obvodmi neuveriteľne zložité veci. Znamená to však, že ľudia začínajú vyvíjať sady nástrojov, vďaka ktorým sa jedného dňa 2D materiály stanú životaschopným konkurentom kremíka.