Koreai kutatók olyan eljárást mutattak be, amellyel pontosan megszabható, hol kezdjen el nőni egy kétdimenziós félvezető kristály. A KAIST és a TDS Innovation nevű startup vezette munkát a Nature október 7-én közölte, a 43 szerzős tanulmányban a UNIST, a Hanyang Egyetem és az MIT kutatói is részt vettek.
Az atomnyi vastagságú, úgynevezett 2D-s anyagokat régóta a szilícium lehetséges utódai között emlegetik. A grafénnek nincs tiltott sávja, ezért tranzisztorként nem tud rendesen kapcsolni, az egyrétegű molibdén-diszulfidnak (MoS₂) viszont van. A gond a gyártásnál jön elő: a kristályok az ostyán véletlenszerű pontokon kezdenek nőni, egymás mellett több is kialakul, és ahol összeérnek, ott határfelületek keletkeznek. Ezek rontják az elektromos tulajdonságokat, és az eszközök sem lesznek egyformák.
A csapat EF-SCN (etching-flux-mediated single-centred nucleation) nevű eljárásában a mintázott növesztési területeket hafnium-oxid (HfO₂) határolóréteg veszi körül. Ebből oxigén szabadul fel, ami oldalirányú marató hatásával elnyomja a kristálycsírák kialakulását a minta széleinek közelében, így csak a geometriai középpontban marad meg egyetlen csíra. Olyan ez, mintha a szélekről érkező oxigén folyamatosan lesöpörné a frissen kiülő magokat, és csak középen hagyna helyet egynek.
Egy 2 centiméteres hordozón 16 régióban, régiónként 25 mintával összesen 400 helyet alakítottak ki, és ezek több mint 99 százalékán egyetlen kristály nőtt. A The Register szerint ez 400-ból 397 hely, vagyis 99,3 százalék. A kristályok mérete eléri a 10 mikrométeres nagyságrendet, a belőlük épített térvezérlésű tranzisztorok (FET) töltéshordozó-mozgékonysága pedig elérheti a 117 cm²/Vs-ot. Ez azt méri, mennyire könnyen mozognak a töltések az anyagban. Egy nagyobb közös kristályon több tranzisztort is kialakítottak, ezek mozgékonysága mindössze 7,8 százalékos relatív szórást mutatott. Megfelelő határolóanyaggal az eljárás 430 °C-on is működik, amit a szerzők a gyártási folyamatokkal való összeegyeztethetőség miatt emelnek ki.
A TDS Innovation társalapító-vezérigazgatója, Kang Kibum a tanulmány egyik levelező szerzője. A cég abban látja a technológia jövőjét, hogy a 2D-s eszközöket szilíciumchipekre rétegezve a logika és a memória közelebb kerülhet egymáshoz. „Arra építve, hogy irányítani tudjuk, hol kezdődik a kristálynövekedés, jó minőségű 2D egykristályokat fogunk egyenletesen ott kialakítani, ahol szeretnénk, és ezt egy olyan következő generációs félvezetőgyártási eljárássá fejlesztjük, amely közelebb hozza egymáshoz a logikát és a memóriát” – mondta Kang.
A cég munkatársa, Jony Jung a The Registernek azt mondta: „2030 körül szeretnénk lehetővé tenni a 2D félvezetők kereskedelmi felhasználását. Úgy gondoljuk, hogy a mesterséges intelligencia felől érkező, gyorsuló igény, beleértve a fizikai MI-t és a robotikát, előrehozhatja az elterjedést, bár a gyártás időzítése a további validálástól függ.” A laboreredmény tehát még messze van a sorozatgyártástól, a szilícium pedig addig is fejlődik: a TSMC már az 1,4 nanométeres A14 lapkák kísérleti gyártására készül, az Intel Clearwater Forest Xeonjai pedig már RibbonFET tranzisztorokra épülnek.
