(Phys.org) —Onderzoekers melden belangrijke mijlpalen bij de ontwikkeling van nieuwe halfgeleiders die mogelijk silicium kunnen vervangen in toekomstige computerchips en voor toepassingen in flexibele elektronica.

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in drie technische documenten, waaronder een gericht op een samenwerking van onderzoekers van Purdue University, Intel Corp. en SEMATECH, een consortium dat zich toelegt op het bevorderen van de chipproductie. Het team heeft de potentiële belofte aangetoond van een extreem dunne - of "tweedimensionale" halfgeleider genaamd molybdeendisulfide.

Hoewel molybdeendisulfide is bestudeerd door onderzoeksgroepen over de hele wereld, een belangrijk obstakel voor het praktische gebruik ervan is een grote elektrische weerstand tussen metalen contacten en enkel-atomaire lagen van het materiaal. Deze "contactweerstand" beperkt de stroom tussen de contacten en het molybdeendisulfide, prestaties belemmeren.

"Dit is een fundamenteel knelpunt, " zei Peide "Peter" Gij, een Purdue hoogleraar elektrische en computertechniek.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben laten zien hoe dit obstakel te overwinnen door het materiaal te "dopen" met de chemische verbinding 1, 2 dichloorethaan (DCE), wat betekent dat enkele lagen molybdeendisulfide zijn geïmpregneerd met de DCE. Deze dotering resulteert in een 10-voudige vermindering van de contactweerstand en een 100-voudige vermindering van de contactweerstand, een andere mate van weerstand.

De bevindingen zijn van fundamenteel belang om te leren hoe alternatieven voor silicium kunnen worden ontwikkeld die waarschijnlijk na 2020 nodig zullen zijn, wanneer, men denkt, siliciumtransistors zullen hun technologische grenzen bereiken, verdere vooruitgang tegenhouden.

De bevindingen zullen worden gepresenteerd tijdens de 2014 Symposia on VLSI Technology and Circuits op 9-13 juni in Honolulu. Het artikel is geschreven door Purdue-doctoraatsstudenten Lingming Yang, Yuchen Du, Han Liu en Heng Wu; SEMATECH-onderzoekers Kausik Majumdar, Py Hung, Robert Tieckelmann en Chris Hobbs; Michael Hatzistergos, een onderzoeker van het College of Nanoscale Science and Engineering van de State University of New York; Intels Wilman Tsai; en je.

De structuur van molybdeendisulfide is een enkel-atomige laag molybdeen ingeklemd tussen enkel-atomige lagen sulfide. De onderzoekers konden deze kleine structuren dopen met de DCE.

"Het is inherent moeilijk om een ​​enkele atoomlaag te dopen, " Ye zei. "Het is veel moeilijker dan het dopen van bulksilicium voor conventionele halfgeleiderapparaten. Een belangrijke factor vind ik de samenwerking tussen de academische wereld, Intel en SEMATECH, die dit soort onderzoek mogelijk heeft gemaakt."

Onderzoekers noemen de techniek moleculaire laag doping.

In één opzicht, het molybdeendisulfide is vergelijkbaar met grafeen, een extreem dunne laag koolstof, wat veelbelovend is voor toepassingen in elektronica en computers. zoals grafeen, het materiaal vormt zich in lagen van één atoom dik die kunnen worden afgepeld. In tegenstelling tot grafeen, echter, het materiaal is een halfgeleider, waardoor het mogelijk praktisch is voor elektronische apparaten. Het is vooral veelbelovend voor dunne, flexibele en transparante elektronische apparaten voor displays, touchpads en andere toepassingen.

Het molybdeendisulfidepapier is een van de drie papers die door Ye's onderzoeksgroep worden gepresenteerd tijdens de VLSI-conferentie.

Een van de andere artikelen beschrijft bevindingen die de eerste hoogwaardige apparaten laten zien die zijn gemaakt met behulp van een materiaal dat gallium-arsenide wordt genoemd, veelbelovend voor het post-siliciumtijdperk voor toekomstige computers en consumentenelektronica. Dergelijke halfgeleiders worden III-V-materialen genoemd omdat ze elementen uit de derde en vijfde groep van het periodiek systeem combineren.

De bevindingen tonen aan dat galliumarsenide compatibel is met het complementaire metaal-oxide-halfgeleider (CMOS) productieproces dat wordt gebruikt om geïntegreerde schakelingen te construeren.

"Onderzoek naar gallium-arsenide MOS is al ongeveer 50 jaar aan de gang, en hier hebben we voor het eerst aangetoond dat het op CMOS-circuitniveau kan, " zei je.

In het derde blad, onderzoekers laten zien hoe je een halfgeleider genaamd germanium kunt gebruiken om twee soorten transistors te produceren die nodig zijn voor elektronische apparaten. Het materiaal was eerder beperkt tot "P-type" transistors. De nieuwe bevindingen laten zien hoe het materiaal ook kan worden gebruikt om "N-type" transistors te maken "met aanzienlijk verbeterde contacten, " Je zei. Omdat beide soorten transistors nodig zijn voor CMOS-circuits, de bevindingen wijzen op mogelijke toepassingen voor germanium in computers en elektronica.

Delen van het onderzoek, gevestigd in het Birck Nanotechnology Center in Purdue's Discovery Park, worden gefinancierd door de National Science Foundation, de Semiconductor Research Corp. en SEMATECH.