Transistors taħt 5 nm fuq wejfer ta’ erba’ pulzieri

Kull proċessur jinbena minn transistors, swiċċijiet elettriċi ċkejknin, u ċ-ċipep ilhom jitjiebu billi dawn is-swiċċijiet isiru iżgħar. Tim immexxi mill-Università Carnegie Mellon issa bena transistors minn saff atomiku wieħed ta’ disulfid tal-molibdenu (MoS₂), b’kanali iqsar minn 5 nanometri, u implimenta l-proċess fuq wejfer ta’ erba’ pulzieri (Nature Communications). Ir-riżultat, rivedut minn esperti indipendenti, jgħaqqad il-minjaturizzazzjoni estrema mal-metodu ta’ disinn tal-mudelli li jużaw il-fabbriki taċ-ċipep.

Fix-xogħol ħadu sehem ukoll l-Università ta’ Florida, il-MIT, Texas A&M, l-Università ta’ Southern California u l-Universidad Politécnica de Madrid ta’ Spanja (Semiconductor Engineering).

Inżommu l-gate fil-kontroll

Il-kurrent fi transistor jgħaddi minn terminal, is-sors, għal ieħor, id-drain, minn strixxa ta’ materjal imsejħa l-kanal. It-tielet elettrodu, il-gate, jikkontrolla dan il-fluss billi jgħolli jew ibaxxi barriera tal-enerġija. Immaġinawha bħala għolja li l-elettroni jridu jitilgħu: għollu l-għolja u s-swiċċ ikun mitfi, baxxuha u jgħaddi l-kurrent.

Jekk il-kanal jitnaqqas biżżejjed, is-sors u d-drain ikunu tant qrib xulxin li l-kampijiet elettriċi tagħhom jibdew iċatttu l-għolja. Il-gate jitlef il-kontroll waħdu, u l-kurrent joħroġ meta s-swiċċ suppost ikun mitfi, bħal vit li qatt ma jagħlaq kompletament.

L-approċċ tat-tim jiddependi fuq ir-rqiq tal-materjal. F’kanal ħoxnu saff atomiku wieħed biss, il-kamp elettriku tal-gate jaġixxi fuq il-kanal kollu f’daqqa, u għalhekk l-ebda parti mill-materjal ma tkun ’il barra mill-firxa tiegħu (Nature Communications).

Kemm hu qawwi s-swiċċ?

L-inġiniera jevalwaw kemm swiċċ jaqleb b’mod qawwi permezz ta’ kejl imsejjaħ il-bidla taħt il-limitu. Dan ikejjel kemm ikun hemm bżonn ta’ vultaġġ addizzjonali fil-gate biex il-kurrent jiżdied b’għaxar darbiet hekk kif l-apparat jinxtegħel. Numru iżgħar ifisser swiċċ aktar qawwi, u swiċċ aktar qawwi jista’, fil-prinċipju, jaħdem b’vultaġġ aktar baxx (Nature Communications). Dan l-istudju ma weriex ċirkwit b’vultaġġ baxx.

Għall-apparati li ttestjaw, l-awturi jirrappurtaw bidla ta’ 88 millivolt kull għaxar darbiet, u kurrent “mixgħul” aktar minn miljun darba akbar mill-kurrent “mitfi” (Nature Communications). Is-sommarju ma jgħidx jekk 88 huwiex l-aħjar valur, il-valur tipiku jew il-medjan. Il-proporzjon bejn mixgħul u mitfi huwa dak li jwassal il-messaġġ veru. Apparat daqshekk żgħir li sempliċement imexxi l-kurrent ikun biss wajer, iżda dawn għadhom jaqilbu.

It-titlu tal-artiklu jiddeskrivi l-prestazzjoni bħala “lil hinn mil-limitu tas-silikon”. Din il-frażi ma tfissirx li l-apparati jegħlbu l-limitu termiku ta’ madwar 60 millivolt kull għaxar darbiet, li jillimita t-transistors konvenzjonali f’temperatura tal-kamra (review). B’88, huma ’l fuq minnu. It-tqabbil mas-silikon huwa l-mod kif l-awturi stess jippreżentaw ir-riżultat.

Minn apparati rekord għal wejfer

Esperimenti preċedenti kienu diġà wasslu t-transistors tal-MoS₂ għal dimensjonijiet notevoli, inklużi kanali ta’ inqas minn 10 nm (Nano Letters) u elettrodu tal-gate twil madwar nanometru wieħed (Science). Ix-xogħol il-ġdid iżid metodu ta’ produzzjoni ma’ din il-minjaturizzazzjoni. It-tim uża l-fotolitografija, li tpinġi l-mudelli taċ-ċirkwiti billi tgħaddi d-dawl minn maskra bħal stensil għal fuq kisi sensittiv għad-dawl. Din hija l-istess teknika bażika li jiddependu fuqha l-fabbriki taċ-ċipep.

L-awturi jiddeskrivu l-proċess bħala kompatibbli mal-fabbrikazzjoni CMOS, il-fluss ta’ manifattura li warajh hemm kważi ċ-ċipep diġitali kollha. Skonthom, il-passi huma mfassla biex jaħdmu flimkien mal-ipproċessar konvenzjonali tas-silikon. Huma ħaddmuh fuq wejfer b’wisa’ ta’ madwar 100 mm (Nature Communications), dettall li Semiconductor Engineering tirrepeti fis-sommarju tagħha tal-artiklu (Semiconductor Engineering).

Din hija turija ta’ fabbrikazzjoni fuq skala ta’ wejfer. Biex jitqies lest għall-produzzjoni jkunu meħtieġa dejta dwar ir-rendiment u l-varjazzjoni, li s-sommarju ppubblikat ma jipprovdix, u r-rekord aċċessibbli ma jistabbilixxix li t-transistors ġew konnessi f’ċirkwiti. Studju separat fuq wejfers akbar ta’ 300 mm, li uża apparati tal-MoS₂ u l-WS₂ itwal, juri x’jinvolvi l-istadju li jmiss. Dan kiseb rendiment ta’ madwar 95–99%, iżda xorta sab reżistenza għolja fil-kuntatti, it-telf elettriku fejn il-wajers tal-metall jiltaqgħu mas-saff irqiq daqs atomu, flimkien ma’ varjazzjoni minn wejfer għall-ieħor (300-mm study).

Dan ix-xogħol, rivedut minn esperti indipendenti, juri li kanali tal-MoS₂ ta’ inqas minn 5 nanometri u litografija fuq skala ta’ wejfer jistgħu jeżistu flimkien fi proċess wieħed (Nature Communications). Ir-rendiment u l-varjazzjoni minn apparat għal ieħor se jiddeterminaw jekk dan il-proċess jistax isir pjattaforma tal-manifattura.