Процесорам потрібно щось краще міді. Дослідники з Стенфорда під керівництвом Асір Інтисара Хана в лабораторії Еріка Попа експериментували з новою тонкою плівкою товщиною близько 1,5 нанометрів. Вони виявили, що в міру того, як ця плівка стає тоншою, її провідність збільшується. Це протилежно поведінці звичайних маталів, таких як мідь.
Вони почали з сапфірової підкладки, а потім нанесли початковий шар з ніобію (Nb). Вони експериментували з різною товщиною шару Nb, від 4 нм до 1,4 нм. Цей шар допоміг наступному шару фосфіду ніобію (NbP) сформувати полікристалічну плівку при нанесенні простим процесом розпилення. Вони виготовили такі плівки NbP товщиною від 1,5 до 80 нм і протестували їх. Хоча шар NbP був аморфним, він також містив нанокристали всередині цієї аморфної матриці. Важливо відзначити, що ці кристали утворювалися незалежно від товщини нижнього затравочного шару Nb.
Отримані в результаті ультратонкі плівки NbP мали дуже низький питомий електричний опір, яке ставало нижче по мірі того, як плівка ставала тоншою. При товщині близько 1,5 нм шар NbP мав питомий опір всього близько 34 мікроом на сантиметр при кімнатній температурі, що становило приблизно одну шосту питомого опору більш товстих версій плівки. Звичайний метал, такий як мідь, при аналогічній товщині має питомий опір близько 100 мікроом на сантиметр.
Дослідники виявили, що низький питомий опір тонкої плівки пов’язаний з тим, що її поверхні більш електропровідні, ніж основна маса матеріалу. Таку поведінку фізики називають “топологічним півметалом”, яке відрізняється від поведінки таких металів, як мідь. По мірі того, як плівки NbP стають тонше, в середині залишається менше матеріалу, і їх поверхні проводять більший відсоток електрики.
Ця розробка важлива для створення цифрових схем все меншого розміру. Зниження питомого опору в з’єднаннях між транзисторами означає, що менше енергії втрачається у вигляді тепла, що, в свою чергу, означає, що мікросхеми будуть більш енергоефективними.
Важливо відзначити, що ці плівки можуть наноситися при відносно низьких температурах 400 градусів Цельсія, що робить їх сумісними з існуючими процесами виготовлення напівпровідників. Це контрастує з іншими експериментальними ультратонкими провідниками, в основі яких лежать монокристалічні матеріали, які повинні бути синтезовані при набагато більш високих температурах.
Однак перешкоди на шляху комерціалізації залишаються. Допуски для шарів плівки мають вирішальне значення для продуктивності. Наприклад, було показано, що товщина затравочного шару Nb впливає на питомий опір одержуваних плівок, оскільки це може вплинути на якість плівки NbP.
Що цікаво, так це те, що NbP може бути лише одним із типів нового матеріалу, який демонструє таку поведінку, говорить Ерік Поп, професор електротехніки зі Стенфорда, який керував дослідженням. Відомо, що існують деякі інші матеріали, що володіють такою ж поверхневою провідністю, але ще належить з’ясувати, чи будуть вони також демонструвати більш низький питомий опір по мірі потоншення шару.
