Уменьшение технологических норм при производстве кремниевых полупроводниковых изделий подводит отрасль к порогу, за которым придется перейти на новые материалы и технологии. Специалисты Стэнфордского университета нашли потенциальную замену кремнию в микросхемах будущего: два полупроводниковых материала, способных формировать тонкие пленки и окисляться. Это диселениды гафния и циркония.
По словам ученых, из этих материалов можно изготавливать работоспособные электронные схемы толщиной всего три атома, что невозможно в случае кремния. Толщина таких схем — примерно 0,6-0,7 нм, тогда как кремниевые транзисторы толщиной менее 5 нм не удается сделать работоспособными, поскольку при уменьшении размеров элементов свойства материала меняются нежелательным образом.
Важным достоинством диселенидов гафния и циркония, роднящим их с кремнием, является способность окисляться, формируя пленку изолятора. Причем, по диэлектрической проницаемости эта пленка превосходит диоксид кремния. Другие полупроводники приходится покрывать слоем диэлектрика, что сопряжено с дополнительными техническими сложностями.
Для работы электронным приборам из новых материалов будет нужно даже меньше энергии, чем схемам из кремния. Говоря точнее, по ширине запрещенной зоны диселениды гафния и циркония, как и кремний, находятся в оптимальном диапазоне: если бы она была уже, высокие токи утечки препятствовали бы надежной работе, а если бы она была шире, возросло бы энергопотребление.
Исследователи признают, что пока еще есть проблемы, которые необходимо решить, чтобы использование новых материалов стало возможно. Одна из них — электрические соединения между транзисторами толщиной всего три атома.