Группа исследователей из университета Северной Каролины в США описала на страницах журнала Scientific Reports метод, который, по словам авторов, может применяться при создании микроэлектронных устройств толщиной в несколько атомов.
Новая технология получения полупроводниковых слоев из сульфида молибдена схожа с методом атомно-слоевого осаждения, который был разработан еще в начале 1960-х годов исследователями Ленинградского технологического института. В печь, разогретую до 850 градусов Цельсия, ученые подавали хлорид молибдена и серу, которые вступали в реакцию с образованием сульфида молибдена, а молекулы сульфида молибдена осаждались на поверхность различных материалов.
Ученые продемонстрировали работоспособность метода на примере подложки из диоксида кремния, сапфира и графита, а также провели ряд дополнительных исследований полученного ими полупроводникового слоя. При помощи электронного микроскопа удалось получить изображение отдельных атомов, уложенных в правильную гексагональную структуру, а благодаря атомно-силовому микроскопу удалось подтвердить однородность слоя на протяжении нескольких сантиметров. Авторы даже обратили внимание на оптические свойства полученной одноатомной пленки: в статье физиков утверждается, что одноатомный слой можно невооруженным глазом отличить от двухатомного, хотя толщина в обоих случаях в сотни раз меньше длины волны видимого света.
Получение одноатомных слоев, как утверждают ученые, позволяет не только достичь меньшего размера готовых устройств, но и дает технологам возможность лучше контролировать свойства материала. Интерес к одноатомным, плоским материалам скачкообразно возрос после открытия учеными Андреем Геймом и Константином Новоселовым графена. Однако графен, как подчеркивают авторы новой публикации, не является полноценным полупроводником, у него отсутствует запрещенная зона, и для превращения графена в полупроводник нужны дополнительные манипуляции. Сульфид молибдена является полупроводниковым материалом и именно поэтому был выбран физиками для своей работы.
Исследователи подобрали параметры (давление, температуру и концентрацию реактивов) для синтеза одноатомного слоя стабильного качества; для перехода к созданию работающих устройств размером в несколько атомов требуется еще достичь высокоточного манипулирования не только высотой слоев, но и размерами элементов, получаемых в плоскости каждого слоя. Сегодня для производства микропроцессоров используется метод фотолитографии, однако он основан на облучении поверхности ультрафиолетовым излучением, длина волны которого остается много больше размеров атомов. Другим фундаментальным препятствием на пути к микроэлектронике атомного масштаба являются физические эффекты уже в готовой схеме: начиная от тривиальных утечек тока через тонкие слои изоляции и заканчивая ростом чувствительности наносхем к случайным помехам.