(Phys.org) —I ricercatori stanno segnalando traguardi chiave nello sviluppo di nuovi semiconduttori per sostituire potenzialmente il silicio nei futuri chip per computer e per applicazioni nell'elettronica flessibile.

I risultati sono dettagliati in tre documenti tecnici, incluso uno incentrato su una collaborazione di ricercatori della Purdue University, Intel Corp. e SEMATECH, un consorzio dedicato all'avanzamento della produzione di chip. Il team ha dimostrato la potenziale promessa di un semiconduttore estremamente sottile - o "bidimensionale" - chiamato disolfuro di molibdeno.

Sebbene il bisolfuro di molibdeno sia stato studiato da gruppi di ricerca in tutto il mondo, un ostacolo chiave al suo utilizzo pratico è stata una grande resistenza elettrica tra i contatti metallici e gli strati monoatomici del materiale. Questa "resistenza di contatto" limita il flusso di corrente tra i contatti e il bisolfuro di molibdeno, ostacolando le prestazioni.

"Questo è un collo di bottiglia fondamentale, " disse Peide "Pietro" Sì, un professore di Purdue di ingegneria elettrica e informatica.

Ora, i ricercatori hanno mostrato come superare questo ostacolo "dopando" il materiale con il composto chimico 1, 2 dicloroetano (DCE), il che significa che singoli strati di bisolfuro di molibdeno sono impregnati di DCE. Questo drogaggio si traduce in una riduzione di 10 volte della resistenza di contatto e una riduzione di 100 volte della resistività di contatto, un'altra misura di resistenza.

I risultati sono fondamentali per imparare a sviluppare alternative al silicio che saranno probabilmente necessarie dopo il 2020, quando, si pensa, i transistor al silicio raggiungeranno i loro limiti tecnologici, bloccando ulteriori progressi.

I risultati saranno presentati durante il Simposio 2014 sulla tecnologia e sui circuiti VLSI dal 9 al 13 giugno a Honolulu. Il documento è stato scritto dagli studenti di dottorato di Purdue Lingming Yang, Yuchen Du, Han Liu e Heng Wu; I ricercatori SEMATECH Kausik Majumdar, Py Hung, Robert Tieckelmann e Chris Hobbs; Michael Hatzistergos, un ricercatore del College of Nanoscale Science and Engineering della State University di New York; Wilman Tsai di Intel; e si.

La struttura del bisolfuro di molibdeno è uno strato monoatomico di molibdeno racchiuso tra strati monoatomici di solfuro. I ricercatori sono stati in grado di drogare queste minuscole strutture con il DCE.

"È intrinsecamente difficile drogare un singolo strato atomico, " Ye ha detto. "È molto più difficile che drogare il silicio sfuso per i dispositivi a semiconduttore convenzionali. Penso che un fattore importante sia la collaborazione tra mondo accademico, Intel e SEMATECH, che ha reso possibile questo tipo di ricerca".

I ricercatori chiamano la tecnica drogaggio dello strato molecolare.

Sotto un aspetto, il bisolfuro di molibdeno è simile al grafene, uno strato estremamente sottile di carbonio, che è promettente per applicazioni in elettronica e computer. Come il grafene, il materiale si forma in strati spessi un atomo che possono essere staccati. A differenza del grafene, però, il materiale è un semiconduttore, potenzialmente rendendolo pratico per i dispositivi elettronici. È particolarmente promettente per sottili, dispositivi elettronici flessibili e trasparenti per display, touch pad e altre applicazioni.

La carta al bisolfuro di molibdeno è uno dei tre documenti che saranno presentati dal gruppo di ricerca di Ye durante la conferenza VLSI.

Uno degli altri documenti descrive in dettaglio i risultati che mostrano i primi dispositivi ad alte prestazioni realizzati utilizzando un materiale chiamato arseniuro di gallio, promettente per l'era post-silicio per i futuri computer e l'elettronica di consumo. Tali semiconduttori sono chiamati materiali III-V perché combinano elementi del terzo e quinto gruppo della tavola periodica.

I risultati mostrano che l'arseniuro di gallio è compatibile con il processo di produzione complementare metallo-ossido-semiconduttore (CMOS) utilizzato per costruire circuiti integrati.

"La ricerca sul MOS con arseniuro di gallio va avanti da circa 50 anni, e qui abbiamo dimostrato per la prima volta che è fattibile a livello di circuito CMOS, "Hai detto.

Nella terza carta, i ricercatori mostrano come utilizzare un semiconduttore chiamato germanio per produrre due tipi di transistor necessari per i dispositivi elettronici. Il materiale era stato precedentemente limitato ai transistor di "tipo P". Le nuove scoperte mostrano come utilizzare il materiale anche per realizzare transistor "di tipo N" "con contatti notevolmente migliorati, " Hai detto. Poiché entrambi i tipi di transistor sono necessari per i circuiti CMOS, i risultati indicano possibili applicazioni del germanio nei computer e nell'elettronica.

Parti della ricerca, con sede presso il Birck Nanotechnology Center nel Discovery Park di Purdue, sono finanziati dalla National Science Foundation, la Semiconductor Research Corp. e SEMATECH.