Атомарно тонкие листы нитрида бора и углерода (BCN) могут решить ключевую проблему транзисторов для чипов следующего поколения

Если бы чипы можно было создавать из полупроводников толщиной всего в один атом, в них можно было бы разместить гораздо больше транзисторов на меньшей площади, потребляя при этом меньше энергии. Однако до сих пор развитие этой технологии сдерживала слабость транзисторов «p-типа», которые составляют половину каждого современного чипа.

В новом исследовании, опубликованном в Nature, ученые из Токийского университета показали, что атомарно тонкие листы нитрида бора и углерода (BCN) могут стать перспективным решением.

В современных чипах используются два типа транзисторов, работающих в паре. В транзисторах «n-типа» электрический ток переносится отрицательно заряженными электронами. В транзисторах «p-типа» носителями заряда являются дырки: вакансии, которые остаются после того, как из материала исчезают электроны, и движутся как положительные заряды.

Исследователи обнаружили несколько материалов толщиной в один атом, которые очень хорошо проводят электроны, но найти аналоги, которые так же хорошо проводят дырки, оказалось гораздо сложнее, что стало узким местом для всей технологии. Многие материалы-кандидаты имеют свои недостатки: они плохо проводят ток, разрушаются на воздухе или при нагревании, или их сложно производить в больших масштабах.

Ученые решили эту проблему, заменив часть атомов азота в нитриде бора, тонком, как атом, изоляторе с сотовой структурой, на атомы углерода.

Чтобы атомы углерода не слипались, исследователи использовали два компонента на основе пара: один обеспечивал стабильное поступление бора и азота, а другой медленно высвобождал углерод. Такой подход, основанный на «эпитаксии», позволил им вырастить пленки BCN размером с пластину, в том числе на кремниевых чипах с заданным рисунком.

После изучения структуры пленок с помощью микроскопии атомного разрешения ученые изготовили и протестировали 224 транзистора в обычных условиях. Результаты показали, что атомы углерода равномерно распределились по материалу, в основном замещая азот. Поскольку у углерода на один внешний электрон меньше, чем у азота, после каждого обмена электронами остается дырка.

Новости электроники МАХ I VK