Индиевият селенид вече излезе от лабораториите и е по-бърз, по-тънък и по-мощен.

Силицият, който в продължение на десетилетия беше гръбнакът на електронната индустрия, за първи път получи сериозен конкурент. Китайски изследователи съобщиха за създаването на първия в света пълноразмерен полупроводников кристал на базата на индий-селенид (InSe) – под формата на 2-инчова пластинка с перфектна кристална структура. Това постижение може да постави началото на нова технологична ера: InSe не просто догонва силиция, а го надминава по редица характеристики.

Индиевият селенид отдавна се счита за обещаващ материал за бъдещата електроника поради двуизмерната си структура, високата мобилност на заряда и оптималната ширина на забранената зона. Въпреки това синтезът му в голям мащаб дълго време оставаше нерешен проблем: високата летливост на компонентите, разликата в налягането на парите и склонността към образуване на нестабилни фази възпрепятстваха израстването на хомогенен материал с желаното качество.

Екипът разработи оригинална техника за растеж – „преобразуване на твърдо вещество в течност и твърдо вещество“ – под ръководството на професор Лиу Кайхуей от Пекинския университет. Първо, аморфен InSe филм е нанесен върху сапфирна подложка чрез магнетронно разпрашване, след което е покрит с чист индий и нагрят до 550 °C в запечатана кварцова капсула. При тези условия индият се разтопява, създавайки наситена реакционна среда, в която се осъществява контролиран растеж на идеален InSe кристал. Получената структура се характеризира със стабилна атомна решетка и висока хомогенност по цялата повърхност на пластината.

В резултат на това стана възможно получаването на пълноразмерна 2-инчова подложка, подходяща за масово производство. На нейна основа бяха създадени транзистори, които показаха характеристики, надхвърлящи възможностите на силициевите аналози. Така например подвижността на електроните достигна 287 cm²/V-s при стайна температура – няколко пъти по-висока от повечето съществуващи двуизмерни материали. Устройствата демонстрираха също така минимална утечка при дължина на гейта под 10 nm, висок коефициент на превключване и енергийна ефективност, надвишаваща прогнозите на Международната пътна карта (IRDS) за 2037 г.

Най-забележителното е, че превключването се извършва близо до границата на Болцман – теоретичната граница на ефективност на логическите елементи. Регистрирано е отслабване на ефекта DIBL, който намалява надеждността при мащабиране. На фона на настоящите тенденции в микроелектрониката тези постижения са особено значими.

Работата на екипа е важна не само за InSe. Учените са успели да стабилизират точното съотношение между атомите на индия и селена – ключов фактор, който от десетилетия ограничава потенциала на този материал. Разработената методология може да бъде адаптирана за синтез на други нестабилни халкогениди, което отваря пътя към широк спектър от нови полупроводници с уникални характеристики.

Допълнителен плюс е съвместимостта на новите кристали със съществуващите CMOS процеси. Това означава, че InSe може да бъде интегриран в настоящите производствени вериги, без да е необходимо изцяло да се препроектират фабриките. В бъдеще учените планират хетероинтеграция – комбиниране на InSe с други 2D материали за формиране на многофункционални вертикални чипове, които могат едновременно да извършват изчисления, да съхраняват данни и да взаимодействат с околната среда.

Потенциалните приложения включват енергийно ефективни ускорители на изкуствения интелект, чипове за крайни изчисления и прозрачна и гъвкава електроника за носимите устройства. Ако напредъкът в областта на InSe продължи, той може да се превърне в това, което някога е бил самият силиций за постсилициевата електроника.