Процессорам нужно что-то получше меди. Исследователи из Стэнфорда во главе с Асиром Интисаром Ханом в лаборатории Эрика Поупа экспериментировали с новой тонкой пленкой толщиной около 1,5 нанометров. Они обнаружили, что по мере того, как эта пленка становится тоньше, ее проводимость увеличивается. Это противоположно поведению обычных маталлов, таких как медь.
Они начали с сапфировой подложки, а затем нанесли начальный слой из ниобия (Nb). Они экспериментировали с разной толщиной слоя Nb, от 4 нм до 1,4 нм. Этот слой помог следующему слою фосфида ниобия (NbP) сформировать поликристаллическую пленку при нанесении простым процессом распыления. Они изготовили такие пленки NbP толщиной от 1,5 до 80 нм и протестировали их. Хотя слой NbP был аморфным, он также содержал нанокристаллы внутри этой аморфной матрицы. Важно отметить, что эти кристаллы образовывались независимо от толщины Нижнего затравочного слоя Nb.
Получающиеся в результате ультратонкие пленки NbP имели очень низкое удельное электрическое сопротивление, которое становилось ниже по мере того, как пленка становилась тоньше. При толщине около 1,5 нм слой NbP имел удельное сопротивление всего около 34 микроом на сантиметр при комнатной температуре, что составляло примерно одну шестую удельного сопротивления более толстых версий пленки. Обычный металл, такой как медь, при аналогичной толщине имеет удельное сопротивление около 100 микроом на сантиметр.
Исследователи обнаружили, что низкое удельное сопротивление тонкой пленки связано с тем, что ее поверхности более электропроводны, чем основная масса материала. Такое поведение физики называют «топологическим полуметаллом», который отличается от поведения металлов, таких как медь. По мере того, как пленки NbP становятся тоньше, в середине остается меньше материала, и их поверхности проводят больший процент электричества.
Эта разработка важна для создания цифровых схем все меньшего размера. Снижение удельного сопротивления в соединениях между транзисторами означает, что меньше энергии теряется в виде тепла, что, в свою очередь, означает, что микросхемы будут более энергоэффективными.
Важно отметить, что эти пленки могут наноситься при относительно низких температурах 400 градусов Цельсия, что делает их совместимыми с существующими процессами изготовления полупроводников. Это контрастирует с другими экспериментальными ультратонкими проводниками, в основе которых лежат монокристаллические материалы, которые должны быть синтезированы при гораздо более высоких температурах.
Однако препятствия на пути коммерциализации остаются. Допуски для слоев пленки имеют решающее значение для производительности. Например, было показано, что толщина затравочного слоя Nb влияет на удельное сопротивление получаемых пленок, поскольку это может повлиять на качество пленки NbP.
Что интересно, так это то, что NbP может быть лишь одним из типов нового материала, демонстрирующего такое поведение, говорит Эрик Поп, профессор электротехники из Стэнфорда, который руководил исследованием. Известно, что существуют некоторые другие материалы, обладающие такой же поверхностной проводимостью, но еще предстоит выяснить, будут ли они также демонстрировать более низкое удельное сопротивление по мере истончения слоя.
