Разработан 2D транзистор из дисульфида молибдена с длиной канала менее 5нм и характеристиками, превосходящими возможности кремния

На протяжении десятилетий вычислительная мощность зависела от транзисторов из кремния, и ученые посвятили много времени тому, чтобы сделать их меньше. Это связано с тем, что уменьшение размеров этих крошечных электронных переключателей, из которых состоят компьютерные чипы, позволяет производителям размещать их в большем количестве на том же пространстве, увеличивая вычислительную мощность.

Но по мере того, как размер кремниевых транзисторов приближается к нескольким нанометрам, материал, благодаря которому на протяжении десятилетий происходил технологический прогресс, оказывается под угрозой из-за фундаментальных физических ограничений.

Исследователи из Университета Карнеги — Меллона продемонстрировали, что другой класс полупроводников может позволить уменьшить размер транзисторов до предела.

В исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи создали транзисторы из дисульфида молибдена, MoS₂, — атомарно тонкого двумерного полупроводника. Транзисторы имели физическую длину канала менее 5 нанометров и демонстрировали эффективность переключения, превышающую теоретический предел для кремния при сопоставимом размере.

Транзистор работает, контролируя поток электрического тока между состояниями «включено» и «выключено». По мере уменьшения размеров кремниевых транзисторов затвор, управляющий током, начинает терять способность полностью отключать устройство. Поэтому электроны могут просачиваться через транзистор, даже когда он выключен. Это приводит к потерям энергии.

В наномасштабе каждый элемент транзистора влияет на его производительность. Поэтому исследователи использовали технологию совместного проектирования для разработки и совместной оптимизации материала, архитектуры устройства и производственного процесса.

«Материал не может автоматически обеспечивать заданную производительность», — говорит Шэн Шэнь, профессор машиностроения и автор исследования. «Нужны инновационные идеи о том, как спроектировать правильную структуру устройства, чтобы реализовать все преимущества». 

Инновацией команды стал воздушный зазор под каналом транзистора. Воздушный зазор помогает затвору транзистора лучше контролировать ток, чтобы уменьшить утечку.

 

Структурные и электрические характеристики транзисторов MoS₂ толщиной менее 5 нм. Источник: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-77186-9

 

Кроме того, исследователи изготовили транзисторы на 4-дюймовой (10-сантиметровой) пластине. Это показывает, что в конечном итоге технология может быть масштабирована для промышленного производства, а не использоваться только в одном наноустройстве в лаборатории.

Хотя устройство еще не готово к коммерциализации, это исследование показывает, что достижение физических пределов возможностей кремния не обязательно означает отказ от более мелких и эффективных транзисторов. Скорее всего, будущее вычислительной техники за новыми материалами, конструкциями и более креативными подходами к сборке.

 

разработка электроники
Comments (0)
Add Comment