Il silicio sta morendo.
Non oggi. Non domani. Ma la fisica sta esaurendo lo spazio. Abbiamo inserito miliardi di transistor nei moderni processori, comprimendo l’elemento finché non rifiuta di ridursi ulteriormente. Se vogliamo computer più veloci, non possiamo semplicemente continuare a realizzare versioni più piccole di ciò che già abbiamo.
Gli scienziati stanno esaminando il disulumide di molibdeno (MoS2).
Fa parte della famiglia dei dicalcogenidi dei metalli di transizione (TMD). Atomicamente sottile. Alto solo tre atomi: molibdeno racchiuso tra strati di zolfo. Promettente? Assolutamente. Il problema non è il materiale in sé. Significa inserire il materiale nel chip senza distruggerlo.
L’intervento è troppo preciso
I produttori devono rimuovere lo strato superiore di zolfo. Lascia stare il molibdeno. È un lavoro delicato.
Attualmente usano il plasma. Particelle ad alta energia. Lo stesso stato della materia del sole, un campo che il Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) del DOE studia da 75 anni. Quando gli ioni del plasma colpiscono la superficie del TMD, liberano gli atomi di zolfo.
Ma la fisica è complicata.
Non c’è quasi alcun margine di errore tra “lo zolfo cade” e “il molibdeno viene distrutto”. Colpirlo troppo forte? Wafer rovinato. Troppo morbido? Non succede nulla. Poiché le soglie energetiche si sovrappongono, la produzione coerente è stata un incubo.
Yury Polyachenko e il suo team hanno trovato un cheat code.
Hanno rivestito il materiale con ossigeno o fluoro prima di colpirlo con il plasma. Le simulazioni al computer, pubblicate su The Journal of Physical Chemistry Letters, mostrano l’energia necessaria per rimuovere drasticamente le gocce di zolfo. Da circa 30 elettronvolt fino a 14 eV con l’ossigeno. Ancora più bassi—circa 10 eV —con il fluoro.
Perché è importante?
Il plasma non è uniforme. Gli ioni trasportano livelli energetici variabili. Sul materiale non trattato, tale variazione significa inevitabili danni collaterali. Abbassando la soglia di rimozione, il divario si allarga. Puoi rimuovere delicatamente lo strato superiore. Il resto resta lì.
“Non stiamo rompendo direttamente i legami… Stiamo formando alcuni prodotti intermedi, come l’anidride solforosa. Questo prodotto intermedio è molto più facile da rompere.”
Lasciare che la chimica aiuti consente di risparmiare l’hardware. Quando gli ioni colpiscono la superficie rivestita di ossigeno, l’ossigeno cattura un atomo di zolfo. Si legano per formare anidride solforosa, un gas stabile che fluttua via da solo. Il fluoro crea composti volatili simili. Trasforma un colpo fisico violento in una reazione chimica mirata.
È scalabile?
Polyachenko, autore principale dello studio e studente laureato a Princeton, è cauto nel dichiarare la vittoria troppo presto.
Al momento sappiamo se il processo causa danni. Il prossimo passo: misurare quanto danno si verifica in condizioni diverse. La vera prova arriverà quando si scambieranno gli elementi. Sostituisci il molibdeno con il tungsteno. Zolfo con selenio. Verifica se questo trucco con ossigeno/fluoro funziona in tutta la famiglia TMD.
La ricerca ha ottenuto il sostegno del Dipartimento dell’Energia e di vari centri federali. Le simulazioni sono state eseguite presso il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) e i cluster dell’Università di Princeton.
Se ciò regge, la barriera del silicio cade.
Forse non immediatamente. Le patatine sono bestie complicate. Ma per un momento, il futuro sembra meno un vicolo cieco e più una porta stretta. Uno strato atomico spesso.
Pensi che i TMD sostituiranno effettivamente il silicio?
Probabilmente.
Ma non prima di aver rotto qualche altro wafer.
