Учёные из Стэнфорда создали революционный микрочип

Инженеры выгравировали на чипе портреты двух знаменитостей и эмблему Стэнфордского университета, причём гравировки получились совсем крошечные - нанометровго размера.

Зачем они это сделали? Во-первых, как рассказал один из авторов проекта, чтобы «вдохновить будущих исследователей, которые наверняка увидят изображения, написаные на холсте толщиной в 3 атома».

Во-вторых, учёные пытались найти способы массового производства полупроводниковых подложек чрезвычайно тонкого сечения из таких материалов, как графен и дисульфид молибдена.

В-третьих, они сделали это, чтобы продемонстрировать, как с помощью лазера можно формировать микросхемы на поверхности нанометровой подложки.

Сначала на роль нанометровой подложки опробовали графен. Так, первые эксперименты с графеном показали, что нет ничего лучше обычной клейкой ленты, чтобы получить слой материала необходимой толщины. Вероятно, грубый и кустарный метод, который не подходит для массового производства.

Потом настало время молибдена и серы: исследователи разработали новую технологию получения «срезов» для производства нанометровых чипов: нужно поджечь небольшое количество молибдена и серы, чтобы газообразные продукты сгорания, появляющиеся в результате этого процесса, сконденсировались на стекле или кремнии, формируя кристаллическую решётку метровой длины.

«Наконец-то нам не нужно полагаться на клейкую ленту, чтобы создавать сверхтонкие слои необходимых нам материалов. Методом проб и ошибок нам удалось найти идеальное сочетание температуры и давления, чтобы нарастить нанометровый слой дисульфид молибдена», - поделился Эрик Поп (Eric Pop), один из авторов исследования, инженер из Стэнфордского университета (Stanford University).

Вероятно, когда-нибудь в будущем, используя такую же технологию, инженеры смогут создавать электронные микросхемы толщиной меньше одной миллиардной части метра.

Вывод: нанотехнологии позволяют создавать процессоры и даже системы на чипе мельчайших масштабов, да такие, чтобы они были производительными и гибкими (буквально).

Зачем учёным из Стэнфорда это нужно? Таким вот нехитрым образом, они продемонстрировали возможности этой технологии, которая позволяет создавать электронику атомарного уровня.

И, прямо скажем, возможности эти указывают на перспективы использования нанотехнологий в сфере микроэлектроники.

Например, материалы, созданные с помощью нанотехнологий могут послужить основой при разработке дисплеев, индикаторов на лобовом стекле автомобиля или оконных стёкол и, наряду с этим, стать основой для мощных вычислительных микрочипов совершенно нового типа.

На протяжении последних 50 лет кремний является основой электронной промышленности. Однако потенциал этого материала почти исчерпан, ввиду невозможности дальнейшей миниатюризации кремниевых микросхем из-за ограничений физического характера, поэтому учёные ищут другие материалы, которые могли бы послужить основой для нового поколения чипов - нанопроцессоров.

Всё последнее десятилетие лучшие умы планеты бьются над разрешением ряда сложных технических задач, чтобы создать микрочип нового поколения на основе графена.

Графен - это «модификация» углерода. Толщина его двухмерной кристаллической решётки - всего один атом.

Этот материал обладает высокой механической жёсткостью, хорошо проводит тепло, а ещё обладает рекордной электропроводностью.

Именно последняя его характеристика давно не даёт покоя инженерам, которые бредят идеей избавиться от кремния в интегральных микросхемах (с 2010 года всем желающим доступны листы графена - монослойного графита метрового размера, так что каждый может испытать его электрофизические свойства).

В общем, графен - превосходный проводник электрического тока, что делает его перспективным материалом (если рассматривать его как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в микросхемах).

Однако не так всё просто, потому-то кремний, что называется, до сих пор в ходу. Так, исследования показали, что графен не обладает свойствами полупроводника.

Это означает, что графен не может быть использован, например, в транзисторах или переключателях, которые, среди прочего, являются важными составными частями интегральных микросхем.

Транзисторы, как правило, изготавливаются из материалов с полупроводниковыми свойствами, чтобы переключаясь, передавать биты данных в виде единиц и нулей.

В зависимости от температуры кристаллическое вещество, относящиеся к веществам со свойствами полупроводника может быть как проводником, так и диэлектриком («изолятором», который не проводит электрический ток), чтобы размыкать/замыкать цепь.

«Если не подходит графен, то подойдёт что-нибудь другое!», - подумали учёные, и принялись искать достойного кандидата. Им оказался природный минерал - молибденит (MoS2), а точнее его вариация - дисульфид молибдена.

«Результаты недавних исследований показывают, что полупроводник из дисульфида молибдена куда лучший, чем традиционный кремний, не говоря уже про графен», - рассказал Эрик Поп, один из авторов исследования.

Толщина его кристаллической решётки - три атома: в дисульфиде молибдена каждый атом молибдена (Mo) окружён шестью атомами серы (S). В кристалле атомы молибдена «зажаты» между двумя слоями атомов серы.

Толщина каждого из трёх «слоёв» кристалла - шесть десятых нанометра. Для сравнения: толщина активного слоя кремниевого микрочипа - 100 нанометров.

Нанометр - миллиардная доля метра (например, ширина человеческого волоса - около 100,000 нанометров).

«Эти «одномолекулярные» наночипы будут не только гибкими, но и прозрачными. Это удобно, когда, например, нужно сделать так, чтобы стекло одновременно было прозрачной дверцой, монитором и компьютером. Всё благодаря процессору, изготовленному из прозрачных материалов», - прокомментировал (Kirby Smithe), инженер электрик, ведущий автор исследования, старший научный сотрудник Стэнфордского университета (Stanford University in California).