Фізики з Національної лабораторії Лоуренса в Берклі, а також університетів Каліфорнії, Техасу і Стенфорда створили транзистор з рекордно малим розміром затвора - частини пристрою, що відповідає за включення і відключення. Його довжина склала всього один нанометр - у 20 разів менше, ніж у сучасних пристроях. Ключовим для створення транзистора стало використання як основного матеріалу атомарно тонких шарів дисульфіду молібдену. У разі традиційних кремнієвих транзисторів мінімальний розмір затвора обмежений п'ятьма нанометрами. Дослідники відзначають, що розроблена технологія не адаптована для масового виробництва, але тим не менш робота показує, що межа мініатюризації транзисторів ще не досягнуть. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз лабораторії.
Основною деталлю сучасних мікроелектронних пристроїв є транзистори - напівпровідникові прилади, здатні змінювати свою електропровідність під дією доданої керуючої напруги. Польові транзистори (найпоширеніший тип) складаються з трьох основних частин - витоку, затвора і стоку. У найпростішому випадку в транзисторі є два різних типи провідників з різними видами провідності. Між витоком і стоком є канал, через який можуть переміщуватися носії заряду, частина цього каналу контактує з напівпровідником іншого типу провідності. Якщо додати до останньої напруги, то виникає замикаючий шар, що підвищує опір каналу - транзистор «відключається».
Сучасні транзистори мають розміри близько десятків нанометрів - на таких відстанях починають позначатися різні побічні ефекти, пов'язані з квантовою природою носіїв зарядів, електронів. Так, при малих довжинах каналу, розташованого поруч із затвором, електрони можуть «не звертати уваги» на замикаючий шар і просто тунелювати крізь нього. Такий транзистор неможливо вимкнути. Цей ефект можна придушити, збільшивши ефективну масу електронів і зробивши їх менш рухливими. Ефективна маса носіїв заряду - це така маса, маючи яку у вакуумі частинки рухалися б так само, як рухаються в реальному матеріалі. Можна змінити її, вибравши інший матеріал для транзистора.
У новій роботі автори використовували для каналу транзистора шар дисульфід молібдену товщиною в кілька атомних шарів. Ефективна маса носіїв заряду в ньому в кілька разів вища, ніж у кремнії. Роль керівника електроду, який змінював стан затвора, грала одиночна вуглецева нанотрубка. Від затвора вона відокремлена шаром діелектрика - оксиду цирконію.
Щоб зібрати подібний пристрій, вчені користувалися високоточними техніками - на першому етапі одиночну вуглецеву нанотрубку переносили на підкладку. Потім за допомогою скануючої електронної мікроскопії фізики встановлювали точне положення нанотрубки на підкладці і напилювали на її кінці паладій. Утворювалися контакти великої площі, завдяки яким можна було подавати напругу на затвор. Потім за допомогою техніки атомного післяйового осадження автори наносили шар оксиду цирконію необхідної товщини. Слідом за цим на діелектрик поміщали дисульфід молібдену і напилювали контакти - істок і стік.
Експерименти з пристроєм показали, що провідність транзистора управляється напругою на затворі. Струм, що проходить через транзистор у вимкненому стані, в мільйон разів менше, ніж струм увімкненого транзистора.
Автори відзначають, що хоча розроблені транзистори набагато менше, ніж використовувані в сучасних пристроях, їх масове виробництво на сьогоднішній день вимагатиме значних удосконалень технік літографії. Так, складність представляє зростання великих за площею моноатомних шарів дисульфіду молібдену, а також технологія нанесення на них металевих контактів.
Для того щоб збільшити швидкість роботи та інші характеристики транзисторів, фізики використовують незвичайні матеріали. Так, нещодавно матеріалознавці з Університету Вісконсину вперше створили транзистор на основі вуглецевих нанотрубок, який обійшов кремнієві пристрої по щільності струму насичення. Створити в деякому сенсі біосумісні транзистори вдалося шведським фізикам - вчені перетворили на транзистори клітини садової троянди.