კვლევითმა ჯგუფმა ვან-დერ-ვაალსის კვანტური სხეულების ცენტრის დირექტორის, ინსტიტუტი ფუნდამენტური მეცნიერების (IBS) ჯო მუნ ჰოს ხელმძღვანელობით, განახორციელა ახალი მეთოდი ლითონის ერთგანზომილებიანი მასალების ეპიტაქსიალური ზრდის, რომელთა სიგანე 1 ნმ-ზე ნაკლებია. ჯგუფმა ეს პროცესი გამოიყენა ორგანზომილებიანი ნახევარგამტარული ლოგიკური სქემების ახალი სტრუქტურის დასამუშავებლად. აღსანიშნავია, რომ მათ ერთგანზომილებიანი ლითონები გამოიყენეს ულტრამინიატურული ტრანზისტორის კარიბჭის ელექტროდად.
ორი განზომილებიანი (2D) ნახევარგამტარული ბაზირებული ინტეგრირებული მოწყობილობები, რომლებიც აჩვენებენ შესანიშნავ თვისებებს, მაშინაც კი, როცა მასალის სისქე ატომურ მასშტაბამდე მცირდება, წარმოადგენს ერთ-ერთ ძირითად მიმართულებას ფუნდამენტურ და გამოყენებით კვლევებში მთელ მსოფლიოში. თუმცა, ისეთი ულტრამინიატურული ტრანზისტორული მოწყობილობების რეალიზაცია, რომლებიც შეძლებენ ელექტრონების მოძრაობის მართვას რამდენიმე ნანომეტრის ფარგლებში, არათუ ამ ინტეგრირებული სქემების წარმოების პროცესის დამუშავება, დაკავშირებულია მნიშვნელოვან ტექნიკურ სირთულეებთან.
ნახევარგამტარულ მოწყობილობებში ინტეგრაციის ხარისხი განისაზღვრება კარიბჭის ელექტროდის სიგანითა და მართვის ეფექტიანობით, რომელიც აკონტროლებს ელექტრონების ნაკადს ტრანზისტორში. ტრადიციულ ნახევარგამტარული წარმოების პროცესებში კარიბჭის სიგრძის შემცირება რამდენიმე ნანომეტრზე ნაკლებად შეუძლებელია ლითოგრაფიის რეზოლუციის შეზღუდვების გამო. ამ ტექნიკური პრობლემის გადასაჭრელად, კვლევითმა ჯგუფმა გამოიყენა ის ფაქტი, რომ მოლიბდენის დისულფიდის (MoS₂), ორ განზომილებიანი ნახევარგამტარის, სარკისებური ტყუპი საზღვარი (mirror twin boundary, MTB) წარმოადგენს ერთგანზომილებიან ლითონს, რომლის სიგანე მხოლოდ 0,4 ნმ-ია. მათ ეს გამოიყენეს კარიბჭის ელექტროდად ლითოგრაფიის პროცესის შეზღუდვების დასაძლევად.
ამ კვლევაში ერთგანზომილებიანი MTB ლითონის ფაზა მიღებულ იქნა არსებული ორ განზომილებიანი ნახევარგამტარის კრისტალური სტრუქტურის ატომურ დონეზე მართვით, რის შედეგადაც ის 1D MTB-ად გარდაიქმნა. ეს მნიშვნელოვან გარღვევად ითვლება არა მხოლოდ ახალი თაობის ნახევარგამტარული ტექნოლოგიებისთვის, არამედ ფუნდამენტური მასალათმცოდნეობისთვისაც, რადგან ის აჩვენებს ახალი მასალების ფაზების სინთეზის შესაძლებლობას დიდი ფართობების ხელოვნური მართვით კრისტალური სტრუქტურების საშუალებით.
IEEE-ის მიერ შემუშავებული საერთაშორისო საგზაო რუკის (IRDS) მიხედვით, 2037 წლისთვის ნახევარგამტარული ტექნოლოგიების წერტილოვანი სიგრძე დაახლოებით 0,5 ნმ-მდე მიაღწევს, ხოლო ტრანზისტორის კარიბჭის სიგრძე 12 ნმ-ს. კვლევითმა ჯგუფმა აჩვენა, რომ ელექტრული ველის გამოყენებით, რომელიც 1D MTB კარიბჭესთანაა დაკავშირებული, მართული არხის სიგანე შეიძლება იყოს მხოლოდ 3,9 ნმ, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება ფუტურისტულ პროგნოზს.
1D MTB-ის საფუძველზე შექმნილ ტრანზისტორს ასევე აქვს სქემის წარმადობის უპირატესობები. ისეთი ტექნოლოგიები, როგორიცაა FinFET ან Gate-All-Around, რომლებიც გამოიყენება სილიციუმის ნახევარგამტარული მოწყობილობების მინიატურიზაციისთვის, იტანჯებიან პარაზიტული სიმძლავრისგან კომპლექსური მოწყობილობების სტრუქტურის გამო, რაც იწვევს არასტაბილურობას მაღალი ინტეგრაციის სქემებში. პირიქით, 1D MTB-ის საფუძველზე შექმნილი ტრანზისტორი შეიძლება მინიმუმამდე დაიყვანოს პარაზიტული სიმძლავრე მარტივი სტრუქტურისა და ულტრა მცირე სიგანე კარიბჭის წყალობით.
დირექტორმა ჯო მუნ ჰომ აღნიშნა: “ლითონის 1D ფაზა, რომელიც მიღებულია ეპიტაქსიალური ზრდის გზით, წარმოადგენს ახალ მასალათა პროცესს, რომელსაც შეუძლია გამოყენებულ იქნას ულტრამინიატურულ ნახევარგამტარული პროცესებში. მოსალოდნელია, რომ მომავალში ის გახდება საკვანძო ტექნოლოგია სხვადასხვა ელექტრონული მოწყობილობების შემუშავებისთვის, რომლებიც გამოირჩევიან დაბალი ენერგომოხმარებით და მაღალი წარმადობით”.
