Производители чипов давно пытаются сделать транзисторы как можно меньше. Сейчас отрасль подошла к рубежу в 2 нанометра. Но на самом деле физические размеры транзисторов пока гораздо больше. Главная проблема — квантовое туннелирование. Это когда электроны «просачиваются» сквозь барьеры, которые должны их останавливать. Из-за этого возникают утечки тока и нестабильность.
Изображение: interestingengineering.com
Измерить этот эффект напрямую почти невозможно: атомные взаимодействия слишком малы для экспериментов. Поэтому учёные из KAIST пошли другим путём. Они использовали компьютерное моделирование на основе законов физики (так называемые ab initio расчёты). Команда профессора Ён-Хуна Кима применила метод MS-DFT и провела виртуальные испытания, чтобы понять, как электроны ведут себя на границе металла и полупроводника.
В качестве материала они взяли однослойный дисульфид молибдена (MoS₂) — это двумерный полупроводник толщиной всего в один атом. Расчёты показали, что утечка электронов зависит от того, какой металл используется для электродов и как устроен контакт. А значит, минимальный размер транзистора можно регулировать, подбирая правильные материалы.
В некоторых случаях утечку удалось подавить при размерах меньше 4 нанометров. Это означает, что в будущем транзисторы могут стать ещё миниатюрнее. Учёные также предложили комбинировать два разных двумерных материала, чтобы снизить энергопотребление.
Профессор Ким подчеркнул, что их метод даёт инженерам новый инструмент: теперь можно заранее, ещё до изготовления чипов, предсказывать их характеристики. Это сэкономит время и деньги при разработке процессоров для искусственного интеллекта и мощных вычислений. Исследование опубликовано в журнале npj Computational Materials.
