(Phys.org) —Onderzoekers ontwikkelen een nieuw type halfgeleidertechnologie voor toekomstige computers en elektronica op basis van 'tweedimensionale nanokristallen', gelaagd in platen van minder dan een nanometer dik die de huidige transistors zouden kunnen vervangen.

De gelaagde structuur is gemaakt van een materiaal dat molybdeendisulfide wordt genoemd, die behoort tot een nieuwe klasse van halfgeleiders - metaaldi-chalogeniden - die naar voren komen als potentiële kandidaten om de technologie van vandaag te vervangen, complementaire metaaloxidehalfgeleiders, of CMOS.

Er zijn nieuwe technologieën nodig om de halfgeleiderindustrie in staat te stellen de vooruitgang in computerprestaties voort te zetten, aangedreven door de mogelijkheid om steeds kleinere transistors te maken. Het wordt steeds moeilijker, echter, om door te gaan met het krimpen van elektronische apparaten gemaakt van conventionele halfgeleiders op basis van silicium.

"We gaan zeer binnenkort de fundamentele limieten van op silicium gebaseerde CMOS-technologie bereiken, en dat betekent dat er nieuwe materialen moeten worden gevonden om verder te kunnen schalen, " zei Saptarshi Das, die een doctoraat heeft behaald, werken met Joerg Appenzeller, een professor in elektrische en computertechniek en wetenschappelijk directeur van nano-elektronica bij Purdue's Birck Nanotechnology Center. "Ik denk niet dat silicium kan worden vervangen door een enkel materiaal, maar waarschijnlijk zullen verschillende materialen naast elkaar bestaan ​​in een hybride technologie."

De nanokristallen worden tweedimensionaal genoemd omdat de materialen kunnen bestaan ​​in de vorm van extreem dunne platen met een dikte van 0,7 nanometer, of ongeveer de breedte van drie of vier atomen. Bevindingen tonen aan dat het materiaal het beste presteert wanneer het wordt gevormd tot vellen van ongeveer 15 lagen met een totale dikte van 8-12 nanometer. De onderzoekers hebben ook een model ontwikkeld om deze experimentele waarnemingen te verklaren.

Bevindingen verschijnen deze maand als voorblad in het tijdschrift Snelle onderzoeksbrieven . Het papier is mede-auteur van Das en Appenzeller, die ook co-auteur zijn van een paper die zal worden gepresenteerd tijdens de jaarlijkse Device Research Conference aan de Universiteit van Notre Dame van 23-26 juni.

"Ons model is generiek en, daarom, wordt verondersteld toepasbaar te zijn op elk tweedimensionaal gelaagd systeem, ' zei Das.

Molybdeendisulfide is veelbelovend, deels omdat het een bandgap heeft, een eigenschap die nodig is om in en uit te schakelen, wat van cruciaal belang is voor digitale transistors om informatie in binaire code op te slaan.

Om het materiaal te analyseren of te integreren in een circuit is een metalen contact nodig. Echter, een factor die het vermogen om de elektrische eigenschappen van een halfgeleider te meten beperkt, is de elektrische weerstand in het contact. De onderzoekers elimineerden deze contactweerstand met behulp van een metaal genaamd scandium, waardoor ze de ware elektronische eigenschappen van het gelaagde apparaat kunnen bepalen. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het januarinummer van het tijdschrift Nano-letters met promovendi Hong-Yan Chen en Ashish Verma Penumatcha als de andere co-auteurs.

Transistors bevatten kritische componenten die poorten worden genoemd, waardoor de apparaten kunnen in- en uitschakelen en de stroom van elektrische stroom kunnen sturen. In de chips van vandaag, de lengte van deze poorten is ongeveer 14 nanometer, of miljardsten van een meter.

De halfgeleiderindustrie is van plan de poortlengte in 2020 terug te brengen tot 6 nanometer. verdere verkleiningen en snelheidsverhogingen zijn waarschijnlijk niet mogelijk met silicium, wat betekent dat nieuwe ontwerpen en materialen nodig zullen zijn om vooruitgang te blijven boeken.