Создан первый рабочий транзистор на мономолекулярном слое молибденита
 Трехмерная модель, отражающая структуру первого реализованного на практике транзистора на базе мономолекулярного листа молибденита. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В 2005 году изобретатели графена (нобелевские лауреаты по физике 2010 года), Константин Новоселов и Андре Гейм (Andre Geim), показали, что тонкие пленки молибденита (MoS2) могут производиться при помощи той же техники «липкой ленты», что применяется в случае с графеном. Однако та первая работа не выявляла наличия у молибденита каких-либо полезных свойств, которые могли бы использоваться на практике. С тех пор научное сообщество в основном сосредоточило свое внимание на более «удачном» графене, практически забыв о молибдените.
Для восполнения этого пробела, группа ученых из Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL, Швейцария) начала более глубокие исследования молибденита и получила весьма значимые результаты. 18 месяцев ученые провели, совершенствуя технику производства молибденита. Но основной целью работы было создание работоспособного транзистора на основе молибденита, который можно было бы открыть и закрывать относительно невысокими напряжениями (используемыми в цифровой технике).
Ученые изучили данный полупроводник и пришли к выводу, что он мог бы составить конкуренцию не только широко используемому на сегодняшний день кремнию, но и новому графену. В первую очередь это возможно благодаря тому, что молибденит относится к полупроводникам с прямой запрещенной зоной, в отличие от кремния, у которого есть некоторый «косвенный» промежуток. Соответственно, при помощи молибденита гораздо легче будет создавать устройства наподобие светодиодов, солнечных батарей, фотодатчиков и других фотонных устройств.
Кроме этого, молибденит отличается достаточно высокой подвижностью свободных носителей тока. Конечно, результат не достигает уровня графена (для которого, кстати, везде указывается подвижность носителей тока при отсутствии запрещенной зоны) или арсенида галлия, но вполне может конкурировать с кремнием. А использование в работе мономолекулярного слоя молибденита всего 0,65 нм толщиной, позволяет формировать из него компоненты чрезвычайно малых размеров. Такие устройства обеспечили бы меньший уровень тепловых потерь (по сравнению с обычными транзисторами). Расчеты показали, что теоретически такие размеры позволяют ученым создавать транзисторы не более 3 – 4 нм, сохраняя возможность внешнего управления. Для формирования аналогичных по размеру компонент из кремния, потребовался бы слой толщиной не более 0,3 нм, который невозможен.
Ученые отмечают, что, учитывая недостаток «канонического графена», связанный с отсутствием запрещенной зоны, молибденит может быть лучшим кандидатом для полупроводниковой промышленности, вся идеология которой построена на легком включении и выключении отдельных транзисторов. Безусловно, запрещенная зона в графене может быть сформирована искусственно (учеными уже предложен ряд действенных методик), но на практике это оказывается достаточно сложной задачей. Ведь при искусственном формировании запрещенной зоны, уменьшается подвижность носителей тока в графене, порой, достигая уровня ниже, чем у молибденита.
Есть, правда, еще один вопрос, без ответа на который молибденитовая электроника невозможна. Вопрос экономической целесообразности производства данного материала в больших объемах. И ученым только предстоит на него ответить.
Также по теме:
Источники: