Ученые Пекинского университета сообщили о прорыве в области создания двумерного материала толщиной в один атом. Новая технология масштабируется до производства трехсотмиллиметровых пластин — самых массовых, наибольших по диаметру подложек для чипов — и открывает путь к переходу на полупроводники нового поколения.

Презентовавший результаты профессор Пекинского университета Лю Кайхуэй давно экспериментирует с ультратонкими слоями дихалькогенидов переходных металлов. Считается, что они обладают уникальным сочетанием электронных, оптических и механических свойств и могут стать основой для создания чипов с топологией 1 нм (а это, в свою очередь, продлит жизнь закону Мура и обеспечит новый виток прогресса микроэлектроники). По мнению Лю Кайхуэя, по совокупности характеристик они даже превосходят нитрид галлия и карбид кремния — первых кандидатов, которых сегодня рассматривают в качестве замены кремния в чипах.

В новой статье, активно цитируемой российскими и зарубежными СМИ, ученые из Китая сообщают о выращивании двумерного материала дисульфида молибдена (MoS2) на подложках до 300 мм — стандартного размера, использующегося в современном производстве кремниевых микросхем. «В основе технологии лежит контактный метод выращивания пленки с поверхности на поверхность. Активный материал входит в контакт с подложкой сразу по всей ее поверхности, давая старт для роста пленки равномерно во всех ее точках. В зависимости от типа активного материала могут быть выращены пленки нужного состава и даже множество пленок друг на друге, если это потребуется», — приводит слова автора статьи издание South China Morning Post. Кроме того, ученые разработали проект установки для выращивания атомарно тонких пленок в массовых объемах. Учитывая скорость внедрения новых разработок в китайскую промышленность, можно предположить, что именно в Поднебесной появятся первые девайсы с чипами в 1 нм.

В научном сообществе представленные результаты называют полем для разработок интегральных схем нового поколения. «Здесь формально толщина монослоя даже меньше одного нанометра. Но конкретно эта работа не приведет к созданию чипов с топологией в один нанометр. Сейчас рост происходит на сапфировой пластине. Выращивать такие тонкие полупроводниковые монослои на произвольных подложках еще не научились (на кремниевых пластинах пока удается выращивать монослои площадью лишь несколько квадратных сантиметров). Переносить монослои с сапфира на другие подложки можно, но эта технология переноса приводит к многочисленным дефектам. Тем не менее работа очень интересная», — отметил в беседе с «Экспертом» директор Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Алексей Арсенин.

Свойства халькогенидов переходных металлов — одна из мейнстримных тем физики полупроводников. По словам заведующего лабораторией микроволновой спектроскопии кристаллов Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН Павла Баранова, именно эти природные структуры могут стать кирпичиками для конструирования элементной базы микроэлектроники «снизу» — начиная с элементарных атомов (сейчас ее строят «сверху» — с помощью методов литографии на объемных пластинах кремния).

Непосредственно с дисульфидом молибдена работают ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова (ИФП) СО РАН.

«Сегодняшние задачи при работе с этим и другими двумерными материалами — научиться выращивать слои хорошего качества (монокристаллические) и большой площади, собирать вертикальные многослойные структуры, а также управлять числом выращенных слоев. Это, в свою очередь, позволит управлять электронным спектром материала и получать требуемые характеристики для практических приложений, в том числе для создания наноразмерных устройств», — отмечает старший научный сотрудник ИФП Надежда Небогатикова.

В ИФП СО РАН на основе двумерных материалов, в первую очередь графена и его композитов, создают элементы памяти для гибкой электроники и гибкие сенсоры. В МФТИ на базе халькогенидов переходных металлов разрабатывают оптоэлектронные и нанофотонные устройства.