Grænsen for, hvor meget man kan krympe en siliciumtransistor, flytter sig efterhånden langsommere. Siliciumteknologien ser ud til at nærme sig en nedre grænse. Og det giver store udfordringer for chipindustrien.
Hjælpen er imidlertid ikke langt væk. I februar i år demonstrerede schweiziske forskere, at stoffet molybdændisulfid er et forbløffende velegnet materiale til at opbygge en transistor. I flere henseender lige så godt eller bedre end mirakelmaterialet grafen. Og nu har de samme forskere vist, at molybdændisulfid også er velegnet til fabrikation af hele chips.
Både grafen og molybdændisulfid hører de såkaldte 2D-stoffer. Navnet har de fået, fordi deres fantastiske egenskaber opstår, når der bruges nanotynde flager af stofferne. Altså langt tyndere lag, end det er fysisk muligt med silicium.
Fordelen ved at bruge molybdændisulfid er, at molybdænchips kan blive meget mindre og meget hurtigere og have lavere strømforbrug. Desuden er de mekanisk bøjelige, og den egenskab kan åbne for nye anvendelser, som ikke er mulige med silicium.
»Vi har opbygget en tidlig prototype med to til seks serielle transistorer af molybdænit. Dermed har vi vist, at almindelige, binære logiske operationer er mulige, og det beviser, at vi også kan fremstille større chips,« siger Andras Kis, som er leder af Lanes (Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures) ved den polytekniske læreanstalt i Lausanne, EPFL.
Molybdænit er et naturligt mineral, et krystal, hvor molybdæn-atomerne sidder bundet i todimensionelle atomlag, altså nanotynde ark, adskilt af lag af svovlatomer. De kemiske bindinger mellem molybdæn og svovl er stærke, mens svovlatomerne har svage bindinger indbyrdes. Derfor går krystallet nemt i stykker som ultratynde flager. Den egenskab har gjort molybdæn populært i smøringsindustrien, og nu ser det altså ud til, at samme egenskab kan blive redningen for chipindustrien.
Forsøg har vist, at silicium ikke kan bruges, hvis siliciumark er tyndere end to nanometer, for så iltes overfladen, og så er det slut med de fine egenskaber for elektronik.
Molybdæn kan derimod bruges helt ned i tre atomlags tykkelse uden at miste ledningsevne eller kemisk stabilitet. Det er en tykkelse på 0,65 nanometer.
Molybdænit har samme evne til at forstærke elektroniske signaler som silicium. Outputspændingen er fire gange større end inputspændingen. Her kommer grafen til kort med et output af samme størrelse som inputtet. Grafen mangler også et båndgab, som molybdænit og silicium har.
Transistorer i molybdæn-teknologi vil angiveligt være i stand til at være i standby-tilstand med et strømforbrug, der er 100.000 gange mindre end tilsvarende silicium-transistorer.
To forskningsartikler om den schweiziske molybdænit-chip kan nu læses i helhed i tidsskriftet ACS Nano (se links til venstre).
EPFL's pressemeddelelse
Forskningsartikel om molybdændisulfidchip
Forskningsartikel om molybdæns mekaniske egenskaber
