Transistoren der Zukunft: Wissenschaftler haben eine ultradünne Schicht in Atomdicke entwickelt

Laut Ixbt.com haben Forscher in Taiwan einen bedeutenden Durchbruch in der modernen Mikroelektronik erzielt, indem sie eine ultradünne Pufferschicht entwickelt haben, die eines der Hauptprobleme von Transistoren auf Basis zweidimensionaler Halbleiter lösen kann. Die nur 0,42 nm dicke Aluminiumoxidschicht besteht aus nur wenigen Atomen und ermöglicht es, den Isolator so nah wie möglich am leitenden Kanal zu platzieren. Diese Technologie könnte ein wichtiger Schritt zur Entwicklung von Mikrochips im atomaren Maßstab sein. Dies berichtet Ixbt.com berichtet .

Es ist bekannt, dass die Verkleinerung traditioneller Elemente auf Siliziumbasis immer schwieriger wird, weshalb zweidimensionale Halbleiter wie Molybdändisulfid (MoS₂), die nur eine Atomlage dick sind, als neue Alternative in Betracht gezogen werden. In einem Standardtransistor steuert das Gate den Elektronenfluss entlang des Halbleiterkanals, wobei sich dazwischen ein Dielektrikum als elektrischer Isolator befindet. Je dünner diese Schicht ist, desto besser steuert das Gate den Strom.

Das Hauptproblem in der zweidimensionalen Elektronik

Ein einzigartiges Merkmal des MoS₂-Materials ist jedoch, dass es an seiner Oberfläche fast keine freien chemischen Bindungen aufweist. Daher haben herkömmliche Dielektrika Schwierigkeiten, eine dünne und gleichmäßige Beschichtung darauf zu bilden. Infolgedessen entstehen mikroskopische Defekte, durch die Strom zu lecken beginnt.

Darüber hinaus behindern Störungen an der Grenzfläche der beiden Materialien die Elektronenbewegung und verschlechtern die Gesamteigenschaften des Transistors erheblich. Wissenschaftlern ist es gelungen, dieses komplexe Problem mit einer einzigartigen "Grundierung" auf atomarer Ebene zu lösen.

Neue Technologie und ihre Möglichkeiten

Zunächst trugen die Forscher eine etwa 0,3 nm dicke Aluminiumschicht auf die Oberfläche des MoS₂ auf und oxidierten diese anschließend vorsichtig. Das Ergebnis war eine durchgehende Aluminiumoxidschicht von 0,42 nm Dicke. Dadurch konnten die Wissenschaftler drei widersprüchliche Aufgaben gleichzeitig erfüllen.

Erstens bildet sich das Hauptdielektrikum gleichmäßiger und ohne Löcher darauf. Zweitens schützt die Pufferschicht den Halbleiterkanal zuverlässig vor elektrischen Defekten. Die im Rahmen der Tests gewonnene experimentelle Struktur zeigte eine gute Effizienz bei gleichzeitig geringem Stromverlust.

Dennoch ist es bis zur Massenproduktion noch ein weiter Weg. Die Technologie erfordert den Transfer von MoS₂-Schichten und deren Verarbeitung unter Ultrahochvakuumbedingungen. Experten sind der Meinung, dass bei der Annäherung von Transistoren an atomare Dimensionen neben der Materialwahl auch die Kontrolle der Grenzflächen auf Ebene einzelner Atome entscheidend ist.