Silizium liegt im Sterben.
Nicht heute. Nicht morgen. Doch der Physik geht der Platz aus. Wir haben Milliarden von Transistoren in moderne Prozessoren gepackt und das Element so lange zusammengedrückt, bis es nicht mehr weiter schrumpft. Wenn wir schnellere Computer wollen, können wir nicht einfach weiterhin kleinere Versionen dessen herstellen, was wir bereits haben.
Wissenschaftler beschäftigen sich mit Molybdändisulumid (MoS2).
Es gehört zur Familie der Übergangsmetalldichalkogenide (TMD). Atomar dünn. Nur drei Atome hoch: Molybdän zwischen Schwefelschichten. Vielversprechend? Absolut. Das Problem ist nicht das Material selbst. Es geht darum, das Zeug auf den Chip zu bringen, ohne ihn zu zerstören.
Die Operation ist zu präzise
Hersteller müssen die oberste Schwefelschicht abtragen. Lassen Sie das Molybdän in Ruhe. Es ist eine heikle Arbeit.
Derzeit verwenden sie Plasma. Hochenergetische Teilchen. Der gleiche Materiezustand wie die Sonne, ein Feld, das das Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) des DOE seit 75 Jahren untersucht. Wenn diese Plasmaionen auf die TMD-Oberfläche treffen, lösen sie Schwefelatome.
Aber die Physik ist chaotisch.
Zwischen „Schwefel fällt ab“ und „Molybdän wird zerstört“ gibt es fast keinen Spielraum für Fehler. Zu hart getroffen? Zerstörte Waffel. Zu weich? Es passiert nichts. Da sich die Energieschwellenwerte überschneiden, war eine konsistente Fertigung ein Albtraum.
Yury Polyachenko und sein Team haben einen Cheat-Code gefunden.
Sie überzogen das Material mit Sauerstoff oder Fluor, bevor es mit Plasma beaufschlagt wurde. Computersimulationen, veröffentlicht im The Journal of Physical Chemistry Letters, zeigen die Energie, die erforderlich ist, um Schwefeltropfen drastisch zu entfernen. Von ungefähr 30 Elektronenvolt bis hinunter zu 14 eV mit Sauerstoff. Noch niedriger – etwa 10 eV – mit Fluor.
Warum ist das wichtig?
Plasma ist nicht einheitlich. Ionen tragen unterschiedliche Energieniveaus. Bei unbehandeltem Material bedeutet diese Abweichung einen unvermeidlichen Kollateralschaden. Durch die Senkung der Entfernungsschwelle vergrößert sich die Lücke. Sie können die oberste Schicht vorsichtig abziehen. Der Rest bleibt liegen.
„Wir brechen die Bindungen nicht direkt … Wir bilden einige Zwischenprodukte, wie zum Beispiel Schwefeldioxid. Dieses Zwischenprodukt lässt sich viel leichter abbrechen.“
Die Hilfe der Chemie schont die Hardware. Wenn Ionen auf die mit Sauerstoff beschichtete Oberfläche treffen, schnappt sich Sauerstoff ein Schwefelatom. Sie verbinden sich und bilden Schwefeldioxid – ein stabiles Gas, das von selbst wegschwebt. Fluor erzeugt ähnliche flüchtige Verbindungen. Es verwandelt einen stumpfen physischen Schlag in eine gezielte chemische Reaktion.
Ist es skalierbar?
Polyachenko, Hauptautorin der Studie und Studentin aus Princeton, ist vorsichtig, den Sieg zu früh zu verkünden.
Im Moment wissen wir, ob der Prozess Schaden verursacht. Als nächstes geht es darum, zu messen, wie viel Schaden unter verschiedenen Bedingungen auftritt. Der eigentliche Test wird kommen, wenn sie Elemente austauschen. Ersetzen Sie Molybdän durch Wolfram. Schwefel mit Selen. Sehen Sie, ob dieser Sauerstoff/Fluor-Trick in der gesamten TMD-Familie funktioniert.
Die Forschung wurde vom Energieministerium und verschiedenen Bundeszentren unterstützt. Die Simulationen wurden im National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) und in den Clustern der Princeton University durchgeführt.
Hält dies an, fällt die Siliziumbarriere.
Vielleicht nicht sofort. Chips sind komplizierte Dinge. Aber für einen Moment sieht die Zukunft weniger wie eine Sackgasse aus, sondern eher wie eine enge Tür. Eine Atomschicht dick.
Glauben Sie, dass TMDs tatsächlich Silizium ersetzen werden?
Wahrscheinlich.
Aber nicht bevor wir vorher noch ein paar Waffeln zerschlagen haben.
