Era krzemu dobiega końca.
Nie dziś i nie jutro, ale fizyczne ograniczenia są już na horyzoncie. W nowoczesnych procesorach umieściliśmy miliardy tranzystorów, ściskając materiał do punktu, w którym nie chce się już kurczyć. Jeśli chcemy szybszych komputerów, będziemy musieli znaleźć nowe sposoby, a nie tylko tworzyć miniaturowe kopie tego, co już mamy.
Naukowcy poważnie zainteresowali się dwusiarczkiem molibdenu (MoS2).
Substancja ta należy do rodziny dichalkogenków metali przejściowych (TMD). Jest atomowo cienki: ma tylko trzy atomy grubości i warstwę molibdenu „wciśniętą” pomiędzy warstwy siarki. Horyzont? Absolutnie ogromny. Problemem nie jest sam materiał. Trudność polega na tym, jak nałożyć go na chip bez niszczenia konstrukcji.
Krucha „operacja”
Producenci muszą ostrożnie usunąć górną warstwę siarki, pozostawiając nienaruszony molibden. To niezwykle delikatna praca.
Dziś wykorzystuje się do tego plazmę. Cząsteczki o dużej prędkości, które istnieją w stanie materii podobnym do słonecznego – obszarem, który Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton (PPPL) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych bada od 75 lat. Kiedy jony plazmy uderzają w powierzchnię TMD, wybijają atomy siarki.
Ale tutaj fizyka gra przeciwko nam.
Praktycznie nie ma marginesu bezpieczeństwa: granica między „odlatuje siarką” a „zniszczeniem molibdenu” jest cienka jak włos. Czy cios jest zbyt silny? Stan Vahrny pogarsza się. Za słaby? Nic się nie dzieje. W związku z nałożeniem progów energetycznych stabilna produkcja masowa stała się koszmarem.
Jurij Poliaczenko i jego zespół znaleźli coś w rodzaju „kodu”.
Pokryli materiał tlenem lub fluorem przed wystawieniem go na działanie plazmy. Symulacje komputerowe opublikowane w The Journal of Physical Chemistry Letters pokazują, że energia potrzebna do usunięcia siarki gwałtownie spada. Z około 30 elektronowoltów spada do 14 eV, gdy używany jest tlen. A gdy używany jest fluor, spada on jeszcze bardziej – do około 10 eV.
Dlaczego jest to takie ważne?
Plazma jest niejednorodna. Jony niosą ze sobą różne energie. W przypadku nieprzetworzonego materiału zmienność ta nieuchronnie prowadzi do szkód ubocznych. Obniżając próg usunięcia, poszerzamy lukę w zabezpieczeniach. Teraz możesz ostrożnie usunąć górną warstwę, pozostawiając resztę konstrukcji nienaruszoną.
“Nie zrywamy wiązań bezpośrednio… Tworzymy produkty pośrednie, takie jak dwutlenek siarki. Ten produkt pośredni jest znacznie łatwiejszy do oderwania.”
Zaangażowanie chemii w proces oszczędza sprzęt. Kiedy jony uderzają w powierzchnię pokrytą tlenem, atomy tlenu „wychwytują” atomy siarki. Wiążą się, tworząc dwutlenek siarki, stabilny gaz, który sam odparowuje. Fluor tworzy podobne lotne związki. Metoda ta zamienia brutalny cios fizyczny w ukierunkowaną reakcję chemiczną.
Czy ten proces jest skalowalny?
Polyachenko, główny autor badania i absolwent Princeton, zaleca ostrożność i nie spieszy się z ogłoszeniem całkowitego zwycięstwa.
Teraz wiemy, czy proces powoduje szkody. Następnym krokiem jest dokładne zmierzenie, jakie szkody powstają w różnych warunkach. Prawdziwy test nadejdzie, gdy badacze wymienią przedmioty. Molibden zostanie zastąpiony wolframem, a siarka selenem. Musimy sprawdzić, czy ta sztuczka z tlenem/fluorem zadziała na innych członków rodziny TMD.
Badanie zostało wsparte przez U.S. Departament Energii i różne agencje federalne. Symulacje przeprowadzono na superkomputerach National Energy Research Computing Center (NERSC) i klastrach Uniwersytetu Princeton.
Jeśli te ustalenia się potwierdzą, bariera krzemowa zostanie pokonana.
Być może nie od razu. Chipsy to złożone stworzenia. Ale na chwilę przyszłość przestaje wyglądać jak ślepa uliczka i staje się wąskimi drzwiami. Drzwi mają grubość jednej warstwy atomowej.
Czy myślisz, że TMD naprawdę zastąpią krzem?
Najprawdopodobniej tak.
Ale nie wcześniej niż stłuczemy jeszcze kilka talerzy.
