Стремительный рост вычислительных нагрузок в сфере ИИ и HPC делает всё более заметной проблему обмена данными между логическими блоками и памятью. Именно задержки и энергетические потери при передаче информации между ними считаются одним из главных ограничений современной микроэлектроники. Одним из наиболее перспективных путей решения проблемы считается трёхмерная интеграция, при которой логика и память располагаются друг над другом. Однако для создания таких структур необходимы полупроводниковые устройства, способные стабильно работать при температурах ниже 400 °C.
В качестве материала для каналов транзисторов исследователи рассматривают теллур. Он обладает высокой подвижностью носителей заряда, сохраняет стабильность при комнатной температуре и совместим с низкотемпературными технологическими процессами. Вместе с тем узкая запрещённая зона материала приводит к возникновению токов утечки, когда электрический ток продолжает протекать даже в выключенном состоянии транзистора.
Для подавления этого эффекта канал приходится делать чрезвычайно тонким — менее 5 нм. Однако по мере уменьшения толщины возникает другая проблема: резко возрастает сопротивление на границе между металлическими контактами и полупроводником. Увеличение барьера Шоттки затрудняет транспорт электронов и ухудшает характеристики устройства. В результате инженеры сталкиваются с типичной дилеммой: уменьшение токов утечки сопровождается потерей производительности.
Команда POSTECH решила эту проблему, адаптировав для теллуровых транзисторов технологию Raised Source and Drain (RSD), ранее применявшуюся преимущественно в кремниевых структурах. Исследователи сохранили толщину активного канала на уровне около 4 нм, что позволило контролировать токи утечки, но одновременно локально увеличили толщину материала в областях истока и стока, непосредственно контактирующих с металлическими электродами. Такой подход обеспечил более эффективный перенос заряда без ухудшения характеристик самого канала.
Испытания показали, что новая архитектура позволила снизить контактное сопротивление почти в 50 раз — с 97,5 до 1,7 кОм·мкм. При экстремально низкой температуре -196 °C ток полностью открытого транзистора вырос более чем в 17 раз. Таким образом, исследователям удалось совместить низкие потери и высокую производительность в сверхтонких структурах.
Дополнительным преимуществом технологии является её совместимость с низкотемпературным распылительным осаждением на больших площадях, что делает разработку перспективной с точки зрения массового производства.
По словам профессора кафедры электротехники POSTECH Бён Хун Ли, новый метод локализованного управления толщиной позволяет преодолеть фундаментальное противоречие, которое долгое время ограничивало развитие ультратонких полупроводников. Учёный отметил, что предложенная технология может применяться не только к теллуру, но и к широкому спектру двумерных материалов, открывая путь к созданию более производительных 3D-интегральных схем следующего поколения.
В перспективе подобные решения способны сыграть важную роль в развитии вычислительных систем для искусственного интеллекта, где требования к скорости обработки данных и энергоэффективности продолжают стремительно расти.
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
