Израильские физики разрабатывают чипы толщиной в несколько атомов

Физики Тель-Авивского университета и Еврейского университета Иерусалима совместно с немецкими коллегами нашли способ контроля качества нанопленок, "прикасаясь" к ним только светом.

Современная кремниевая микроэлектроника подошла к физическому пределу. Чтобы сделать процессоры мощнее, инженеры десятилетиями уменьшали размеры кремниевых транзисторов. Сегодня элементы измеряются нанометрами, и дальше двигаться некуда: на меньших масштабах кремний теряет свои свойства, поскольку электроны начинают "перепрыгивать" через барьеры из-за эффекта квантового туннелирования.

Главным кандидатом на замену кремнию стали двумерные материалы. Среди них выделяется перспективное семейство – максены (MXenes). Это пленки толщиной всего в несколько атомов, состоящие из металлов, углерода или азота. Потенциал максенов в микроэлектронике настолько велик, что ученые уже говорят о рождении нового направления – "максенотроники".

Большинство двумерных материалов, включая знаменитый графен, "боятся" воды. Для работы с ними физики используют токсичную и дорогую органическую химию. Максены – напротив, "любят воду". Их можно растворить в обычной дистиллированной воде и получить стабильные "чернила". Схемы можно печатать на подложке этими чернилами с помощью специального принтера.

Но на этапе превращения максеновой пленки в реальное устройство возникают большие проблемы. Чтобы вырезать на максене сложнейший рисунок наноплаты, ученые используют стандартную фотолитографию с применением химических реактивов. Но агрессивные химикаты могут размыть максены и испортить тончайший узор. Проверить состояние пленки под слоем реактива и при этом не повредить рисунок – очень трудно.

Международная группа исследователей решила эту проблему с помощью света. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters.

Ученые применили метод спектроскопической эллипсометрии: они превратили световой луч в бесконтактный "щуп". Прибор направляет поляризованный свет на максеновый чип и анализирует, как изменилась отраженная волна. Это позволяет мгновенно увидеть толщину, однородность и электрическую проводимость пленки в каждой точке, не повредив заготовку.

В будущем максенотроника позволит производить сверхбыстрые процессоры, гибкие дисплеи, вживляемые биосенсоры и тончайшие аккумуляторы, а оптический контроль сделает их производство массовым и надежным.