Дәстүрлі кремний негізіндегі жартылай өткізгіш технологиялары физикалық шектерімен беттескенде, әлемдік жартылай өткізгіш индустриясы Мұның Заңын ұзарта алатын келесі буын материалдарын іздеуді жеделдетуде. Бір атомдық қабатқа дейін жұқа бола алатын молибден дисульфиді (MoS₂) сияқты екі өлшемді жартылай өткізгіштер 1 нанометрден төмен процесс түйіндері үшін үмітті кандидаттар ретінде қарастырылуда. Дегенмен, олардың практикалық қолданылуы тұрақты мәселені туындайды: материалға қақпа диэлектригін салу ультрат жұқа оқшаулағыш пен жартылай өткізгіш арасындағы интерфейсте ақауларды тудыра алады, электрондардың шашырауын арттырып, тасымалдаушылардың жылжуын азайтып, транзистордың өнімділігін нашарлатады.
Осы ұзаққа созылған интерфейс мәселесін шешу үшін TSMC Корпоративтік Зерттеу бөлімі мен Ұлттық Янг Минг Чяо Тун университетінің зерттеушілері «эпитаксиалды интерфейс инжиниринг» деп аталатын тәсілді дамытты. Зерттеу 2026 жылдың шілдесінде Nature Electronics журналында жарияланды.
Жаңа жартылай өткізгіш немесе қақпа диэлектригін дамыту орнына, зерттеу тобы атомдық масштабта екі материалдың интерфейсін қайта құрылымдады. Ультра жоғары вакуумға арналған технологияны қолданып, топ моножау MoS₂ бетіне метал алюминийдің ультрат жұқа қабатын дәл орналастырды. Алюминий одан әрі оксидке айналды, шамамен 0.42 нанометр қалың алюминий оксиді қабатын құрады. Бұл атомдық жұқа қабат жоғары сапалы буфер беті ретінде қызмет етті, үстіне зерттеушілер функционалдық қақпа диэлектригі ретінде пайдаланылатын жоғары-к материал - гафний оксидін жапты.
Атомдық масштабтағы интерфейс инженериясының әдісі екі артықшылықты ұсынады. Алюминий оксиді буфер қабаты MoS₂ бетінің шашырап жатқан байланыстарының жоқтығынан туындайтын салу қиыншылықтарын жеңіп, гафний оксиді пленкасы үшін тегіс және үздіксіз өсу бетін қамтамасыз етеді. Ол сондай-ақ заряд взаимодействиясы мен жоғары-к диэлектрик пен екі өлшемді жартылай өткізгіш арасындағы тор қысымы әсерлерін азайтатын оқшаулаушы қабат ретінде әрекет етеді, интерфейс себебінен электрондардың шашырауын едәуір төмендетеді.
Осы технологияны пайдаланып, зерттеушілер химиялық бу депosition арқылы өсірілген ваферлік ауқымдағы моножау MoS₂ негізінде жоғары өнімді үстіңгі қақпалы транзисторларды әзірледі. Сынақ нәтижелері шамамен 1 нанометр эквивалентті оксид қабатын көрсетіп, дамыған жартылай өткізгіш процестерінің қатаң қақпа-диэлектрик масштабтау талаптарына сәйкес келіп отыр. Құрылғылар сондай-ақ өте кішкентай өлшемдерде жетекші транскондуктанс өнімділігін көрсетті, 0.45 мS/μm шегінде шың мәнімен, сонымен қатар өте төмен ағып кету токы және күшті оперативті тұрақтылықпен.
Зерттеу агрессивті қақпа-диэлектрик масштабтауын, күшті электр статикалық бақылауды және жоғары тасымалдаушы жылдамдығын біріктіретін үлкен ауқымды атомдық жұқа құрылғыларда бірінші демонстрацияны белгілейді. Техника бірнеше екі өлшемді жартылай өткізгіш материалдарға қолданылатын платформаны құрады. Бұл ақырында бар жартылай өткізгіш өндіру процестерімен интеграциялануы мүмкін және кремнийден кейінгі чип технологияларын дамытуға қолдау көрсетуі ықтимал.