Сотрудники НИТУ «МИСиС» и их американские коллеги разработали метод существенного уменьшения размеров проводящих элементов (транзисторов) в электронных устройствах, что приведет к повышению их производительности. В качестве базового материала предлагается заменить кремний на титан, цирконий и серу.
Результаты исследования опубликованы в Journal of Alloys and Compounds. Критически важным фактором эффективности электронных компонентов является их размер. В качестве примера можно привести микросхемы смартфонов: уменьшение размеров элементов позволяет повысить производительность устройства и снизить тепловыделение.
В настоящее время кремний служит основным материалом для создания полупроводниковой электроники. При этом его собственная электропроводность ниже, чем у других полупроводников. Очистка кремния, необходимая для производства электронных компонентов, представляет собой сложный и затратный процесс.
Уже сложно добиться дальнейшего уменьшения размеров компонентов, однако это необходимо для ускорения обработки данных. Снижение размеров полупроводниковых элементов позволяет использовать их в большем количестве параллельно.
Сотрудники НИТУ «МИСиС» в соавторстве с исследователями из Университета штата Небраска разработали способ, позволяющий снизить толщину полупроводниковых элементов в десять раз.
Чтобы достичь этой цели, было необходимо заменить привычный кремний на альтернативные материалы – соединения титана и циркония с серой (TiS3 и ZrS3). Использование сплавов титан-цирконий и чистой серы в качестве исходных веществ позволяет с высокой точностью контролировать характеристики получаемых полупроводниковых тонких лент, которые впоследствии применяются в устройствах. Однако перед исследователями встала задача, с которой ранее сталкивались и другие научные коллективы: выяснение причин, препятствующих получению полного диапазона соединений от чистого ZrS3 до TiS3, что необходимо для управления оптическими и электрическими свойствами этих материалов и их эффективного использования в полупроводниковых приборах.
Проблема, по мнению исследователей, кроется в температуре кристаллизации материалов, которая составляет 800°C. С помощью сканирующей электронной микроскопии было установлено, что наряду с мелкими «игольчатыми» кристаллами в структуре образуются крупные восьмиугольные образования – гексагоны, которые приводят к неоднородности материалов.
Для изучения влияния температуры на структуру материалов было принято решение о ее постепенном снижении. Эксперименты показали, что при более низкой температуре кристаллизации гексагональные кристаллы не образуются, и материал принимает вид тонких лент. Такая слоистая структура позволила создать пленки толщиной около 1 нм.
В дальнейшем ученые намерены продолжить исследования, используя титан и цирконий. Для этого они будут варьировать соотношение металлов, формировать из них твердые растворы с серой и определять электропроводность полученных образцов. Это позволит выявить наиболее эффективные и устойчивые комбинации материалов, обладающие максимальной проводимостью.
Автор — Мария Перемитина