Изследователи от Принстънския университет и Принстънската лаборатория по плазмена физика (PPPL) към Министерството на енергетиката на САЩ са открили начин да направят компютърните чипове на бъдещето по-компактни и мощни. Те са разработили нов метод за обработка на ултратънки материали с помощта на плазма, който позволява отстраняването на отделни атомни слоеве с висока точност.

Силицият, който десетилетия наред е в основата на чиповете постепенно достига физическите си граници. За по-нататъшна миниатюризация на електрониката учените проучват възможността за комбиниране на силиций с нови материали, по-специално с молибденов дисулфид (MoS₂). Този материал с дебелина едва три атома се състои от слой молибден, заклещен между два слоя сяра.

За създаването на транзистори от нов тип на производителите може да им се наложи да премахват селективно атоми само от горния слой сяра, без да увреждат по-долните слоеве. Обикновено за това се използва плазма, но трудността се състои в това да се подбере енергия, достатъчна за премахване на атомите на сярата, но която да не уврежда слоя молибден. Разликата между успешното отстраняване и повреждането се оказа критично малка. С помощта на компютърно моделиране изследователите установиха, че предварителната обработка на молибденовия дисулфид с кислород или флуор прави процеса значително по-контролируем.

„Ние не разкъсваме връзките директно. Ние образуваме междинни продукти, като например серен диоксид. Този междинен продукт е много по-лесен за отделяне.“

обясни Юрий Поляченко, докторант по химия в Принстънския университет и водещ автор на изследването

Моделирането показа, че предварителната обработка значително намалява енергията, необходима за отстраняването на серните атоми. На необработена повърхност за това са необходими около 30 електронволта (eV). При използване на флуор този праг спада до 10 eV, а при използване на кислород – до 14 eV. Това създава по-широк „работен диапазон“, като дава на производителите по-голяма гъвкавост за чисто отстраняване на горния слой сяра, без да се повреди останалият материал.

Вместо да разчитат изцяло на физическо въздействие, учените са приложили химически подход. При удара на йон върху обработената с кислород повърхност два кислородни атома се свързват с атом на сяра, образувайки газообразен серен диоксид, който по естествен път напуска повърхността. Флуорът действа по подобен начин, като създава лесно отстраними съединения на сяра и флуор. В бъдеще изследователите планират да проучат степента на уврежданията, причинени от процеса, и да проверят дали този подход работи и при други сродни материали, например при замяната на молибден с волфрам или на сяра със селен.