Международная команда физиков вставила атом фосфора в подложку из кремния, превратив эту конструкцию в полноценный транзистор, выводы учёных опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Транзисторы представляют собой устройства, избирательно пропускающие электрический ток. Управляемая проводимость этих приборов зависит от типа их конструкции и свойств полупроводника. Как правило, при уменьшении размеров устройства сила побочных эффектов возрастает, что побуждает учёных и инженеров точнее размещать компоненты транзисторов и разрабатывать новые методы защиты от токов утечки и других помех.
Группа физиков под руководством Мишель Симмонс (Michelle Simmons) из Мельбурнского университета (Австралия) создала прототип одноатомного транзистора на основе одного атома фосфора, прикрепив его к поверхности пластины из кремния при помощи сканирующего туннельного микроскопа.
Сначала Симмонс и её коллеги подготовили подложку – тонкую пластину из оксида кремния. Затем они нанесли на неё «дорожки» из атомов фосфора, покрыли их атомами водорода и обработали «чистую» поверхность при помощи туннельного микроскопа. Это устройство состоит из особо тонкой металлической иглы, которая считывает неровности поверхности при помощи импульсов слабого электрического тока.
Взаимодействие атомов фосфора, водорода с иглой микроскопа превращало их в молекулы газа фосфина, который легко отделялся от поверхности подложки. Это позволило учёным удалить лишний фосфор с пластины и оставить его только в тех точках, где он был нужен.
Удалив ненужные атомы с поверхности устройства, учёные «запечатали» его вторым слоем кремния и подключили металлические контакты к выходам транзистора.
Затем авторы статьи проверили своё изобретение – они охладили одноатомный транзистор при помощи жидкого гелия и следили за тем, как устройство пропускает электрический ток. В целом результаты работы экспериментального транзистора совпадали с тем, что ожидали увидеть Симмонс и её коллеги.
«Нам удалость создать великолепный пример того, как можно использовать манипулирование одиночными атомами для создания реально работающих устройств. Пятьдесят лет назад, когда был разработан первый (полевой) транзистор, никто не мог предсказать, какую роль компьютеры займут в обществе в наши дни», – пояснила Симмонс.
Как считают учёные, им удалось «обогнать» знаменитый закон Мура, описывающий темпы развития электроники. Согласно этому закону, число транзисторов на кристалле интегральных схем – процессоров, памяти – удваивается каждые два года за счёт уменьшения их размеров.
По словам Симмонс и её коллег, появление одноатомных транзисторов было «намечено» на 2020 г. Таким образом, исследователи смогли ускорить технический прогресс на восемь лет. Такой скачок вперёд является очень весомым сроком для микроэлектроники – типичный цикл жизни новой полупроводниковой схемы составляет примерно полгода, а цикл разработки редко длится больше двух-трёх лет.
Комментарии