Éra křemíku se chýlí ke konci.
Ne dnes a ne zítra, ale fyzické limity jsou již na obzoru. Do moderních procesorů jsme nacpali miliardy tranzistorů a stlačili materiál do bodu, kdy se již nechce smršťovat. Pokud chceme rychlejší počítače, budeme muset najít nové způsoby, nejen vytvářet miniaturní kopie toho, co již máme.
Vědci se začali vážně zajímat o disulfid molybdenu (MoS2).
Tato látka patří do rodiny dichalkogenidů přechodných kovů (TMD). Je atomově tenký: pouze tři atomy tlustý a mezi vrstvami síry je „vložená“ vrstva molybdenu. Vyhlídky? Naprosto obrovský. Problémem není samotný materiál. Potíž je v tom, jak jej nanést na čip bez zničení struktury.
Křehká „chirurgie“
Výrobci musí opatrně odstranit horní vrstvu síry a ponechat molybden neporušený. To je neuvěřitelně jemná práce.
Dnes se k tomu používá plazma. Vysokorychlostní částice, které existují ve stavu hmoty podobném slunečnímu záření, oblast, kterou Princetonská laboratoř fyziky plazmatu (PPPL) amerického ministerstva energetiky studuje již 75 let. Když ionty plazmy narazí na povrch TMD, vyřadí atomy síry.
Ale fyzika tady hraje proti nám.
Neexistuje prakticky žádná míra bezpečnosti: hranice mezi „síra odlétá“ a „molybden je zničen“ je tenká jako vlas. Je rána příliš silná? Vahrna se zhoršuje. Příliš slabé? Nic se neděje. Kvůli zavedení energetických prahů se stabilní masová výroba stala noční můrou.
Yuri Polyachenko a jeho tým našli jakýsi „cheat code“.
Pokryli materiál kyslíkem nebo fluorem před vystavením plazmě. Počítačové simulace publikované v The Journal of Physical Chemistry Letters ukazují, že energie potřebná k odstranění síry prudce klesá. Z přibližně 30 elektronvoltů klesne při použití kyslíku na 14 eV. A při použití fluoru klesá ještě více – na cca 10 eV.
Proč je to tak důležité?
Plazma je heterogenní. Ionty nesou různé energie. U nezpracovaného materiálu tato variabilita nevyhnutelně vede k vedlejším škodám. Snížením prahu mazání rozšiřujeme bezpečnostní mezeru. Nyní můžete opatrně odstranit horní vrstvu a ponechat zbytek struktury nedotčený.
“Nepřerušujeme vazby přímo… Tvoříme meziprodukty, jako je oxid siřičitý. Tento meziprodukt je mnohem jednodušší odtrhnout.”
Zapojení chemie do procesu šetří hardware. Když ionty narazí na povrch pokrytý kyslíkem, atomy kyslíku „zachytí“ atomy síry. Vážou se za vzniku oxidu siřičitého, stabilního plynu, který se sám vypařuje. Fluor vytváří podobné těkavé sloučeniny. Tato metoda mění brutální fyzikální úder v cílenou chemickou reakci.
Je tento proces škálovatelný?
Polyachenko, hlavní autor studie a postgraduální student Princetonu, nabádá k opatrnosti a nespěchá s prohlášením úplného vítězství.
Nyní víme, zda proces způsobuje poškození. Dalším krokem je přesně změřit, jaká škoda je způsobena za různých podmínek. Opravdový test přijde, až výzkumníci vymění předměty. Molybden bude nahrazen wolframem a síra selenem. Musíme zjistit, zda tento trik s kyslíkem a fluorem bude fungovat na další členy rodiny TMD.
Výzkum byl podpořen U.S. Ministerstvo energetiky a různé federální agentury. Simulace byly spuštěny na superpočítačích National Energy Research Computing Center (NERSC) a klastrech Princetonské univerzity.
Pokud se tato zjištění potvrdí, bude křemíková bariéra překonána.
Možná ne hned. Čipy jsou složitá stvoření. Budoucnost ale na okamžik přestane vypadat jako slepá ulička a stane se jako úzké dveře. Dveře mají tloušťku jedné atomové vrstvy.
Myslíte si, že TMD skutečně nahradí křemík?
S největší pravděpodobností ano.
Ale ne dříve, než rozbijeme pár dalších talířů.
