Este avance puede habilitar transistores 2D para componentes de microchip más pequeños

Los materiales atómicamente delgados son una alternativa prometedora a los transistores basados ​​en silicio; ahora los investigadores pueden conectarlos de manera más eficiente a otros elementos del chip.

La Ley de Moore, la famosa predicción de que la cantidad de transistores que se pueden empaquetar en un microchip se duplicará cada dos años, se ha topado con límites físicos básicos. Estos límites podrían detener décadas de progreso, a menos que se encuentren nuevos enfoques.

Una nueva dirección que se está explorando es el uso de materiales atómicamente delgados en lugar de silicio como base para nuevos transistores, pero ha resultado difícil conectar esos materiales "2D" a otros componentes electrónicos convencionales.

Ahora, los investigadores del MIT, la Universidad de California en Berkeley, la Compañía de fabricación de semiconductores de Taiwán y otros lugares han encontrado una nueva forma de hacer esas conexiones eléctricas, lo que podría ayudar a liberar el potencial de los materiales 2D y promover la miniaturización de los componentes, posiblemente lo suficiente. para extender la Ley de Moore, al menos en el futuro cercano, dicen los investigadores.

“Resolvimos uno de los mayores problemas en la miniaturización de dispositivos semiconductores, la resistencia de contacto entre un electrodo de metal y un material semiconductor monocapa”, dijo el Dr. Cong Su, quien ahora trabaja en UC Berkeley. La solución resultó ser simple:el uso de un semimetal, el elemento bismuto, para tomar el lugar de los metales ordinarios para conectarse con el material monocapa.

Estos materiales monocapa ultrafinos, en este caso el disulfuro de molibdeno, se consideran un competidor importante para sortear los límites de miniaturización que ahora encuentra la tecnología de transistores basada en silicio. Pero según Su, crear una interfaz eficiente y altamente conductora entre dichos materiales y conductores metálicos para conectarlos entre sí y con otros dispositivos y fuentes de energía fue un desafío que frenó el progreso hacia tales soluciones.

La interfaz entre metales y materiales semiconductores (incluidos estos semiconductores monocapa) produce un fenómeno llamado estado de brecha inducido por metal, que conduce a la formación de una barrera de Schottky, un fenómeno que inhibe el flujo de portadores de carga. El uso de un semimetal, cuyas propiedades electrónicas se encuentran entre las de los metales y los semiconductores, combinado con una alineación de energía adecuada entre los dos materiales, resultó eliminar el problema.

El Dr. Yuxuan Lin explicó que el rápido ritmo de miniaturización de los transistores que componen los procesadores de computadora y los chips de memoria se había estancado antes, alrededor del año 2000, hasta que un nuevo desarrollo que permitió una arquitectura tridimensional de dispositivos semiconductores en un chip rompió el estancamiento en 2007 y se reanudó el rápido progreso. Pero ahora, dice, "creemos que estamos al borde de otro cuello de botella".

Los llamados materiales bidimensionales, láminas delgadas de solo uno o unos pocos átomos de espesor, cumplen con todos los requisitos para permitir un salto adicional en la miniaturización de los transistores, reduciendo potencialmente varias veces un parámetro clave llamado longitud del canal, de alrededor de 5 a 10. nanómetros, en los chips de última generación actuales, hasta una escala subnanométrica. Se está explorando ampliamente una variedad de estos materiales, incluida una familia de compuestos conocidos como dicalcogenuros de metales de transición. El disulfuro de molibdeno utilizado en los nuevos experimentos pertenece a esta familia. La cuestión de lograr un contacto metálico de baja resistencia con dichos materiales también ha obstaculizado la investigación básica sobre la física de estos novedosos materiales monocapa. Debido a que los métodos de conexión existentes tienen una resistencia tan alta, las diminutas señales necesarias para controlar el comportamiento de los electrones en el material son demasiado débiles para pasar.

Descubrir cómo escalar e integrar dichos sistemas a nivel comercial podría llevar algún tiempo y requerir más ingeniería. Pero para tales aplicaciones físicas, dicen los investigadores, el impacto de los nuevos hallazgos podría sentirse rápidamente.

Mientras tanto, los investigadores continúan explorando más, continúan reduciendo el tamaño de sus dispositivos y buscando otras combinaciones de materiales que puedan permitir un mejor contacto eléctrico con el otro tipo de portadores de carga:los agujeros. Resolvieron el problema del llamado transistor de tipo N, pero si pueden encontrar una combinación de canal y material de contacto eléctrico para permitir también un transistor de tipo P monocapa eficiente, eso abriría muchas posibilidades nuevas para la próxima generación. patatas fritas, dicen.