אלקטרוניקה קונבנציונלית מבוססת סיליקון מתקרבת במהירות למחסום בסיסי. מתחת לכחמישה ננומטר, אפקטים קוונטיים הופכים את התנהגותם לבלתי צפויה. זה הוביל למחקר על חומרים חלופיים כגון ננו-צינורות פחמן. כעת, שיתוף פעולה גדול לקח חומר אחר - מוליבדן דיסולפיד, או MoS2- והשתמש במאפיינים הייחודיים שלו כדי ליצור טרנזיסטור שגודל השער שלו הוא ננומטר אחד בלבד.
למרבה הצער, חלקים אחרים של החומרה הם די הרבה יותר גדולים מזה, ואין לנו דרך לייצר אותם בכמויות עדיין. אבל העבודה מאשרת את ה-MoS2התכונות של יכולות לאפשר לנו לכווץ אלקטרוניקה מתחת לגבולות הסיליקון.
הרעיון מאחורי העבודה הוא שתכונה של סיליקון שאנו רואים בדרך כלל כמועילה הופכת לבעיה ברגע שהדברים קטנים מספיק. תכונה זו היא הניידות של אלקטרונים בתוך סיליקון. בצד החיובי, האלקטרונים נעים עם פחות התנגדות כשאנחנו רוצים שהם, אבל הם גם נעים בקלות רבה יותר כאשר אנחנו אל תעשה רוצה שהם יעשו זאת. תנועה לא רצויה זו גורמת לעלייה בזרם דליפה על פני טרנזיסטורים כאשר הם אמורים להיות כבויים. ברגע שתכונות הסיליקון נהיות קטנות מספיק (המגבלה של 5 ננומטר שהוזכרה לעיל), הדליפה הופכת גדולה מספיק כדי שאי אפשר לדעת אם טרנזיסטור מופעל או כבוי.
MoS2 מציע פתרון פוטנציאלי לכך. בחומר זה, אלקטרונים נעים כאילו הם כבדים יותר ממה שהם בסיליקון. זה מאט אותם, מה שמגביל את ביצועי המכשיר, אבל זה גם מקשה עליהם הרבה יותר לדלוף באקראי על פני טרנזיסטור גם כשגודל הטרנזיסטור הולך וקטן. בנוסף, MoS2 יוצר באופן טבעי יריעות בעובי אטום בודד בלבד, מה שמקל יחסית ליצור מכשירים קטנים להפליא.
עם זאת, כדי להשיג טרנזיסטור מתפקד, אתה צריך יותר מסתם מוליך למחצה כמו MoS2: אתה צריך שער כדי לשלוט אם הוא מוליך או לא. כדי להשיג משהו בגודל המתאים, הצוות שיצר את המכשיר פנה לננו-צינורות פחמן. החוטים למקור הזרם והניקוז היו עשויים מניקל.
למרבה הצער, שניים מהחומרים האלה - MoS2 וננו-צינורות פחמן - קשה מאוד לייצר איפה שאתה רוצה או לעבור למקום כשתסיים. אז הליך הייצור של הטרנזיסטור הזעיר היה קצת מעורב. ננו-צינוריות הפחמן נוצרו תחילה, באמצעות שקיעת אדים כימית על מצע סיליקון. במקום להזיז אותם, הצוות פשוט זיהה היכן הם נמצאים ולאחר מכן השתמש בטכניקות ליתוגרפיה סטנדרטיות כדי לחבר את הננו-צינורות לחיווט.
כל זה הוטבע אז בשכבה של תחמוצת זירקוניום, ולאחר מכן פתיתי MoS2 הונחו מעל ננו-צינורות הפחמן. המחברים בדקו מגוון גדלים של פתיתים, אך רוב העבודה נעשתה עם שכבה שהייתה שתי שכבות דקות אטומיות שנערמו זו על גבי זו. חיווט מקור הניקל והניקל היה מקושר לאחר מכן ל-MoS2, השלמת המעגל.
כל החיווט היה די גדול יותר מהממדים הזעירים של שני המרכיבים העיקריים, כך שזו לא תכונה מלאה של 1nm. אבל המעגל שהתקבל היה פונקציונלי לחלוטין; נוכחות הזרם בננו-צינורית הפחמן אפשרה להפעיל ולכבות אותו בצורה מבוקרת. וכמות הזרם שעברה על פני ה-MoS2 במצב על היה 106 פעמים גדול מהזרם במצב כבוי.
למרות שזה עבד, אפילו החוקרים המעורבים מזהירים אנשים לא להתרגש יותר מדי עדיין. "עבודה זו הדגימה את הטרנזיסטור הקצר ביותר אי פעם", אמר עלי ג'ווי, המחבר הבכיר של העיתון. "עם זאת, זו הוכחה לקונספט. עדיין לא ארזנו את הטרנזיסטורים האלה על שבב, ולא עשינו זאת מיליארדי פעמים". הרעיון, כמובן, הוא שחומרים אחרים מלבד סיליקון עשויים לעזור לנו לעבור את הגבולות של היום טרנזיסטורים.
מַדָע, 2016. DOI: 10.1126/science.aah4698 (לגבי DOIs).
