Nejmenší tranzistor na světě
Výzkumníci z MIT a University of Colorado vyrobili zatím nejmenší 3D tranzistor, který měří 2,5 nm na šířku, což je méně než polovina velikosti současných nejmenších komerčních modelů.
Udržet krok s tzv. Moorovým zákonem, že počet tranzistorů na integrovaném obvodu se zdvojnásobuje přibližně každé dva roky, znamená pro vědce hledat stále efektivnější způsoby, jak dostat na mikročipy co nejvíce tranzistorů. Nejnovějším trendem jsou 3D tranzistory koncipované vertikálně jako ploutve (odtud i jejich název FinFET) o rozměru zhruba 7 nm (desettisíckrát tenčí než lidský vlas). Tato 7nm výrobní technologie umožňuje na jediný mikročip velikosti nehtu (obvyklý rozměr procesorů) vměstnat až desítky miliard těchto tranzistorů.
„Abychom vytvořili menší tranzistory, musíme být schopni manipulovat s materiály s atomovou úrovní přesnosti," říká Wenjie Lu, doktorand z Massachussetského technologického institutu (MIT).
Atom za atomem
Na expertním setkání IEEE s názvem International Electron Devices Meeting v listopadu loňského roku výzkumníci prezentovali proces, v němž upravili techniku termálního atomového leptání, která umožňuje přesné modifikace polovodičových materiálů na atomové úrovni. Touto technikou vyrobili 3D tranzistory široké pouhých 2,5 nm, které jsou účinnější než jejich komerční protějšky.
Klíčovým faktorem pro získání tak mikroskopických prvků je tzv. mikrovýroba, jejíž nejmodernější techniky jsou známé jako nanášení atomové vrstvy ALD (Atomic layer deposition) a leptání atomové vrstvy ALE (Atomic level etching). V ALD se na povrch substrátu nanesou chemikálie, které ve vakuovém reaktoru reagují a umožňují vytvoření fólie o požadované tloušťce postupně po jednotlivých atomových vrstvách.
Výzkumníci však v roce 2016 vyvinuli technologii označovanou jako Termální ALE, která se podobá spíše ALD a využívá chemickou reakci nazvanou „výměna ligandu". V tomto procesu je ion, vázající se na atomy kovu, v jedné sloučenině (ligand) nahrazen ligandem v jiné sloučenině. Když jsou chemikálie odstraněny, reakce způsobuje nahrazení ligandů odstraněním jednotlivých atomů z povrchu. Termální ALE se dosud používala pouze k leptání oxidů.
Velký význam malé úpravy
Vzhledem k tomu, že technika je tak podobná ALD, je možné Termální ALE integrovat do stejného reaktoru, jaký je využíván pro nanášení, což podle vědců vyžaduje jen malou úpravu nanášecího nástroje. Výzkumníci adaptovali Termální ALE pro práci s polovodičovým materiálem a využili indium-gallium arzenid (InGaAs), který je využíván jako účinnější alternativa křemíku. V experimentech odstranili z povrchu materiálu pouze 0,02 nm. „Podobá se to loupání cibule vrstvu po vrstvě. V každém cyklu můžeme odstranit jen 2 % nanometru materiálu. To umožňuje vysokou přesnost a pečlivou kontrolu procesu," říká Wenjie Lu.
Pomocí této techniky vyrobili 3D tranzistory typu FinFET používané v mnoha dnešních komerčních elektronických zařízeních. Konvenční FinFET se skládají z tenké „ploutve“ křemíku stojící svisle na substrátu, kolem níž je obtočena brána tranzistoru – kovový prvek, který řídí jeho vypínání a zapínání. Díky vertikální konfiguraci lze na čip směstnat od 7 do 30 mld. FinFET tranzistorů.
Nová technologie tak otevírá možnosti pro další škálování tranzistorů s vysokým výkonem. Zařízení bylo podle výzkumníků o 60 % lepší než tradiční FinFET v „transvodivosti" vyjadřující potřebu energie k převodu malého napěťového vstupu na proud dodávaný bránou, která zapíná nebo vypíná tranzistor.
/MIT/
319
.gif)
