Ученые впервые напрямую измерили длину переноса тока в контактах транзисторов из атомарно тонких материалов. Оказалось, что она составляет 2–3 нанометра — этого достаточно для создания сверхминиатюрных чипов, способных заменить кремниевые в системах искусственного интеллекта.
Современное развитие вычислительных систем, в частности в области искусственного интеллекта, сопровождается устойчивым ростом потребности в вычислительной мощности. Для удовлетворения этих потребностей производители стремятся увеличить плотность размещения транзисторов на полупроводниковых пластинах. Однако традиционные кремниевые технологии приближаются к физическим пределам миниатюризации, что стимулирует поиск альтернативных материалов и архитектур.
Ученые изучили характеристики контактов в транзисторах на основе двумерных материалов — структур толщиной в один атом, которые рассматриваются как потенциальная замена кремния. Основное преимущество таких материалов заключается в возможности точного контроля потока носителей заряда через канал транзистора.
Одной из главных проблем при разработке подобных устройств является взаимодействие между металлическими контактами и полупроводниковым каналом. До настоящего времени отсутствовала точная оценка минимальной длины контактов, при которой сохраняется их эффективность. Критическим параметром здесь выступает так называемая длина переноса — расстояние, на котором основная часть тока переходит от металла в материал. Согласно предыдущим теоретическим моделям, этот показатель оценивался в диапазоне от нескольких десятков до 170 нанометров.
В ходе эксперимента исследователи применили метод сканирующей туннельной микроскопии для прямого наблюдения за распределением тока на срезах работающих транзисторов. Полученные данные показали, что фактическая длина переноса составляет всего 2–3 нанометра. Это значение существенно ниже предыдущих оценок и соответствует техническим требованиям, предъявляемым к контактам в транзисторах следующего поколения.
Результаты работы свидетельствуют о том, что металлические контакты в транзисторах на основе двумерных материалов могут быть миниатюризированы пропорционально размерам самого канала без потери проводимости. Это снимает одно из предполагаемых ограничений на пути создания более плотных и энергоэффективных чипов. В долгосрочной перспективе полученные данные укрепляют позиции двумерных материалов как одного из преемников кремниевых технологий и могут способствовать дальнейшему повышению производительности оборудования, в том числе используемого в задачах искусственного интеллекта.