TSMC prolomilo jednu z překážek extrémně malých čipů

Dvourozměrné polovodiče patří mezi největší naděje čipového průmyslu pro období, kdy už další zmenšování klasických křemíkových tranzistorů začne být příliš složité nebo drahé. Velkou pozornost přitahuje hlavně disulfid molybdenu, ze kterého lze vytvořit polovodičový kanál silný jen několik atomů. Díky minimální tloušťce lze proud v tranzistoru řídit velmi přesně a zároveň omezit nežádoucí úniky elektřiny.

Problém dlouho představovala výroba kvalitní izolační vrstvy mezi polovodičovým kanálem a hradlem tranzistoru. Povrch materiálů není vhodný pro rovnoměrné nanášení běžných izolantů, kvůli čemuž mohou vznikat defekty a zhoršovat elektrické vlastnosti celého tranzistoru. Právě výroba kvalitního hradla proto patří mezi hlavní překážky, které zatím brzdí nasazení dvourozměrných polovodičů ve velkém měřítku.

Výzkumníci z TSMC, National Yang Ming Chiao Tung University a dalších tchajwanských institucí problém vyřešili pomocí velmi tenké vrstvy hliníku. Na jednovrstvý MoS nanesli hliník, který následně zoxidovali. Vznikla vrstva oxidu hliníku silná přibližně 0,42 nm, na kterou bylo možné rovnoměrněji nanést oxid hafnia používaný jako vysoce účinný izolant. Konstrukce zároveň omezila nežádoucí elektrické interakce mezi izolantem a polovodičovým kanálem.

Výsledný tranzistor dosáhl ekvivalentní tloušťky hradlového oxidu kolem 1 nm, aniž by výrazně utrpěl jeho výkon. Maximální transkonduktance dosáhla přibližně 0,45 mS/μm, což ukazuje na velmi účinné řízení proudu pomocí hradla.

Hodnota 0,42 nm přitom neznamená nový výrobní proces TSMC. Označuje pouze tloušťku pomocné vrstvy oxidu hliníku a nemá přímou souvislost s názvy výrobních uzlů, jako jsou 2 nm nebo 1,4 nm.

TSMC zároveň pracuje na dalších technologiích potřebných pro výrobu podobných tranzistorů ve velkém. Společně s imec a ASML už výzkumníci předvedli dvourozměrné tranzistory na standardních 300mm waferech vyrobené pomocí EUV litografie, přičemž funkčních bylo přibližně 94 % testovaných tranzistorů.