Peneliti Tiongkok menciptakan gerbang transistor terkecil di dunia

Peneliti Tiongkok menciptakan gerbang transistor terkecil di dunia

Mengapa itu penting: Hukum Moore telah menggunakan alat bantu kehidupan untuk sementara waktu sekarang, tetapi belum mati. Pembuat chip membakar minyak tengah malam untuk mengecilkan desain transistor, dan tim peneliti di China telah menciptakan apa yang diyakini sebagai yang terkecil.

Selama beberapa dekade, para ilmuwan dan insinyur telah menyusutkan transistor ke titik di mana fitur terkecil mereka hanya terdiri dari puluhan atom. Sejak sirkuit terintegrasi pertama di tahun 1950-an, tingkat kemajuan dalam miniaturisasi transistor telah mengikuti Hukum Moore, yang memperkirakan kepadatan komponen aktif dalam chip terintegrasi akan berlipat ganda setiap dua tahun.

Seperti yang diketahui oleh banyak pembaca kami, kemajuan ke arah ini telah melambat secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Alasan utamanya adalah kami dengan cepat mendekati batas fisik dari apa yang mungkin dilakukan dengan bahan yang ada dan proses manufaktur tercanggih yang kami miliki.

Kredit gambar: Chakrabartty Lab

Lebih khusus lagi, kami tidak dapat membuat gerbang transistor—yang mengontrol aliran arus dari sumber ke saluran pembuangan—jauh lebih kecil dari 5 nm karena sesuatu yang disebut terowongan kuantum yang mencegahnya bekerja sebagaimana dimaksud. Bahan seperti graphene dan nanotube karbon mungkin sangat penting untuk membuat transistor lebih kecil lagi berkat sifat fisiknya, tetapi dari sana untuk membangun perangkat fungsional akan memakan waktu cukup lama. makalah yang dirilis minggu ini, peneliti Cina menjelaskan bahwa mereka telah membuat transistor dengan panjang gerbang terkecil yang pernah dilaporkan. Tonggak sejarah ini dimungkinkan dengan memanfaatkan graphene dan molibdenum disulfida secara kreatif dan menyusunnya menjadi struktur tangga dengan dua langkah.

Struktur transistor dinding samping: Bagian biru tua adalah dasar silikon dioksida, cokelat adalah aluminium yang dilapisi aluminium oksida, strip biru muda tipis adalah graphene, strip kuning dan hitam adalah molibdenum disulfida, dan di bawahnya, Anda memiliki hafnium dioksida.

Pada langkah yang lebih tinggi, Anda memiliki sumbernya, dan di atas yang lebih rendah, Anda memiliki saluran pembuangan. Keduanya terbuat dari paduan titanium paladium yang dipisahkan oleh permukaan tangga, yang terbuat dari satu lembar bahan semikonduktor yang disebut molibdenum disulfida, dengan sendirinya bertumpu pada lapisan hafnium dioksida yang bertindak sebagai isolator listrik.

Bagian dalam dari anak tangga yang lebih tinggi adalah sandwich literal aluminium yang dilapisi aluminium oksida, yang terletak di atas lembaran graphene—satu lapisan atom karbon. Oksida aluminium bertindak sebagai isolator listrik, kecuali untuk celah kecil di dinding vertikal anak tangga yang lebih tinggi, di mana lembaran graphene dibiarkan berkontak dengan molibdenum disulfida. Seluruh struktur tangga bertumpu pada lapisan silikon dioksida yang tebal.

Trik untuk desain ini adalah bahwa tepi lembaran graphene digunakan, yang berarti bahwa ketika gerbang diatur ke keadaan “aktif”, lebarnya hanya 0,34 nm—pada dasarnya lebar lapisan graphene itu sendiri. Fitur penting lainnya dari “transistor dinding samping” ini adalah kebocoran arus yang dapat diabaikan karena resistansi off-state yang lebih tinggi. Produsen dapat memanfaatkan kualitas ini untuk aplikasi berdaya rendah. Yang terbaik dari semuanya, ini akan relatif mudah dibuat, meskipun banyak prototipe membutuhkan sedikit tegangan untuk dikendarai.

Baca juga: Mesin EUV generasi berikutnya ASML akan memberi Hukum Moore kehidupan baru

Universitas Tsinghua peneliti Tian-Ling Ren ikut menulis penelitian ini dan mengatakan ini bisa menjadi “simpul terakhir untuk hukum Moore.” Dia juga percaya akan lebih kecil dari 0,34 nm untuk ukuran gerbang hampir tidak mungkin.

Tentu saja, para peneliti di balik transistor baru hanya membuktikan bahwa transistor fungsional dapat dibuat dengan menggunakan bahan tipis satu atom tanpa menciptakan proses baru untuk posisi presisi lapisan yang diperlukan. Membangun miliaran transistor dinding samping yang andal ini masih merupakan mimpi yang masih jauh, tetapi merupakan langkah penting ke arah itu, yang mendorong harapan untuk perangkat yang lebih cepat dan lebih hemat daya di masa depan.

Sementara itu, Samsung, Intel, dan TSMC bekerja keras untuk mewujudkan transistor gate-all-around (GAA-FET) dan menstandardisasi interkoneksi untuk desain chiplet. Baca selengkapnya