Самые маленькие 3D-транзисторы когда-либо созданные достигают 2 нанометра

Инженеры из Массачусетского технологического института и Университета Колорадо разработали новую технологию изготовления транзисторов размером до 2,5 нм.

Стандарты размеров чипов

Закон Мура, который гласит, что число транзисторов на компьютерном чипе будет удваиваться каждые два года или около того, сохранялся на протяжении десятилетий. Но мы начинаем сталкиваться с физическими ограничениями того, насколько маленькими могут быть эти компоненты.

В настоящее время инженеры из Массачусетского технологического института и Университета Колорадо разработали новую технологию микрообработки и использовали ее для производства наименьших транзисторов, которые когда-либо изготавливались, размером примерно на треть от размера ведущих коммерческих продуктов.

Всего несколько лет назад промышленный стандарт для чипов был 14 нанометров (нм), который описывает ширину каждого транзистора. С коммерческой точки зрения он теперь 10 нм и быстро переходит на 7 нм, особенно в процессоре Apple A12 Bionic, который работает на iPhone XR, XS и XS Max. Между тем IBM уже начала экспериментировать с 5-нм чипами.

Процесс создания

Некоторые из новых транзисторов, разработанных исследователями, снова вдвое уменьшают его, достигая рекордной ширины 2,5 нм. Чтобы сделать их, команда модифицировала сравнительно недавно разработанный метод микрообработки, известный как термическое травление на атомном уровне (термическое ALE). Они начинают с легированного полупроводникового материала, называемого арсенидом индия-галлия, а затем подвергают его воздействию фтористого водорода, который создает тонкий слой фторида металла на поверхности подложки.

Затем команда добавляет органическое соединение, называемое диметилалюминийхлорид (DMAC), которое запускает химическую реакцию, известную как обмен лигандами. Ионы, называемые лигандами в DMAC, связываются с атомами в слое фторида металла, поэтому, когда DMAC очищается, он удаляет отдельные атомы с поверхности металла. Всего 0,2 нм вырезается каждый раз, обеспечивая невероятно точное травление, когда процесс повторяется сотни раз.

«Вы как бы очищаете лук слой за слоем», - говорит Вэньцзе Лу, первый автор исследования. «В каждом цикле мы можем вытравить всего два нанометра материала. Это дает нам сверхвысокую точность и тщательный контроль процесса». Исследователи использовали эту технологию для изготовления FinFET (транзисторов с полевым эффектом Fin), трехмерных транзисторов, обычно используемых в коммерческой электронике.

Большинство из этих транзисторов имеют ширину менее 5 нм, а самые маленькие - до 2,5 нм. Кроме того, команда обнаружила, что они работали на 60 процентов лучше, чем существующие FinFET, и имели более высокий контраст включения, что делает их более энергоэффективными. Обе эти характеристики достигаются благодаря методу изготовления, который уменьшает количество вносимых дефектов. «Мы верим, что эта работа будет иметь большое влияние в реальном мире», - говорит Лу.

«Поскольку закон Мура продолжает сокращать размеры транзисторов, становится все труднее производить такие наноразмерные устройства. Чтобы создавать более мелкие транзисторы, мы должны иметь возможность манипулировать материалами с точностью на атомном уровне».