Епоха кремнію добігає кінця.
Не сьогодні і не завтра, але фізичні межі вже на горизонті. Ми запакували мільярди транзисторів у сучасні процесори, стиснувши матеріал до точки, коли він більше не хоче стискатися. Якщо ми хочемо мати швидші комп’ютери, нам доведеться шукати нові шляхи, а не просто робити мініатюрні копії того, що ми вже маємо.
Вчені серйозно зацікавилися дисульфідом молібдену (MoS2).
Ця речовина належить до сімейства дихалькогенідів перехідних металів (TMD). Він атомарно тонкий: товщиною лише три атоми, із шаром молібдену, «затисненим» між шарами сірки. Перспективи? Абсолютно величезний. Проблема не в самому матеріалі. Складність полягає в тому, як нанести його на мікросхему, не зруйнувавши структуру.
Крихка «хірургія»
Виробникам необхідно ретельно видалити верхній шар сірки, залишивши молібден недоторканим. Це неймовірно тонка робота.
Сьогодні для цього використовується плазма. Високошвидкісні частинки, які існують у стані матерії, подібному до сонячного, – область, яку Прінстонська лабораторія фізики плазми (PPPL) Міністерства енергетики США вивчає протягом 75 років. Коли іони плазми стикаються з поверхнею TMD, вони вибивають атоми сірки.
Але фізика тут грає проти нас.
Запасу міцності практично немає: грань між «сірка відлітає» і «молібден руйнується» тонка як волос. Удар занадто сильний? Вахрна занепадає. Занадто слабкий? Нічого не відбувається. Через встановлення енергетичних порогів стабільне масове виробництво стало кошмаром.
Юрій Поляченко та його команда знайшли своєрідний «чіт-код».
Вони покривали матеріал киснем або фтором перед впливом на нього плазми. Комп’ютерне моделювання, опубліковане в The Journal of Physical Chemistry Letters, показує, що енергія, необхідна для видалення сірки, різко падає. Приблизно з 30 електронвольт воно падає до 14 еВ, коли використовується кисень. А коли використовується фтор, воно падає ще більше – приблизно до 10 еВ.
Чому це так важливо?
Плазма неоднорідна. Іони несуть різну енергію. У необробленому матеріалі ця мінливість неминуче призводить до побічної шкоди. Знижуючи поріг видалення, ми збільшуємо прогалину в безпеці. Тепер можна акуратно зняти верхній шар, залишивши решту конструкції недоторканою.
“Ми не розриваємо зв’язки безпосередньо… Ми утворюємо проміжні продукти, такі як діоксид сірки. Цей проміжний продукт набагато легше відірвати”.
Залучення хімії в процес економить обладнання. Коли іони стикаються з поверхнею, покритою киснем, атоми кисню «захоплюють» атоми сірки. Вони зв’язуються, утворюючи сірчаний газ, стабільний газ, який випаровується сам по собі. Фтор утворює подібні летючі сполуки. Цей метод перетворює жорстокий фізичний удар на цілеспрямовану хімічну реакцію.
Цей процес масштабований?
Поляченко, провідний автор дослідження та аспірант Прінстонського університету, закликає бути обережними та не поспішає оголошувати повну перемогу.
Тепер ми знаємо, чи цей процес спричиняє шкоду. Наступний крок — точно визначити, яка шкода заподіяна за різних умов. Справжнє випробування відбудеться, коли дослідники замінять предмети. Молібден замінять на вольфрам, а сірку – на селен. Нам потрібно побачити, чи цей трюк із киснем/фтором спрацює на інших членах сімейства TMD.
Дослідження підтримано U.S. Міністерство енергетики та різні федеральні агентства. Моделювання проводилося на суперкомп’ютерах Національного обчислювального центру енергетичних досліджень (NERSC) і кластерах Прінстонського університету.
Якщо ці висновки підтвердяться, кремнієвий бар’єр буде подолано.
Можливо, не відразу. Чіпси – складні істоти. Але на мить майбутнє перестає бути схожим на глухий кут і стає схожим на вузькі двері. Двері товщиною в один атомний шар.
Як ви думаєте, чи дійсно TMD замінять кремній?
Швидше за все так.
Але не раніше, ніж ми розіб’ємо ще кілька тарілок.
