Создан новый сверхтонкий проводник для наноэлектроники!⁠⁠

Ученые Стэнфордского университета достигли значительного прорыва в области наноэлектроники, предложив решение одной из ключевых проблем современного производства компьютерных чипов. С развитием технологий чипы становятся все более миниатюрными и сложными, а сверхтонкие металлические провода, передающие электрические сигналы, становятся узким местом. Традиционные металлические проводники теряют свою проводимость при уменьшении толщины, что ограничивает размеры, эффективность и производительность наноэлектроники.

В своем новом исследовании ученые из Стэнфорда продемонстрировали, что фосфид ниобия может проводить электричество лучше меди в пленках толщиной всего в несколько атомов. Эти пленки можно создавать и наносить при относительно низких температурах, что делает их совместимыми с современными технологиями производства чипов.

Фосфид ниобия относится к категории топологических полуметаллов, что означает, что весь материал способен проводить электричество, но его внешние поверхности обладают лучшей проводимостью, чем внутренняя часть. При уменьшении толщины пленки фосфида ниобия средняя область становится уже, в то время как поверхности остаются неизменными. Это позволяет поверхностям вносить больший вклад в поток электричества, что делает материал более эффективным проводником в целом.

Исследователи выяснили, что фосфид ниобия становится лучшим проводником, чем медь, при толщине менее 5 нанометров, даже при комнатной температуре. В таких размерах медные провода испытывают трудности с передачей быстрых электрических сигналов и теряют значительное количество энергии в виде тепла.

Хотя многие ученые работают над поиском лучших проводников для наноэлектроники, до сих пор лучшие кандидаты требовали точной кристаллической структуры, образующейся при высоких температурах. Пленки фосфида ниобия, созданные командой исследователей, стали первым примером некристаллических материалов, которые улучшают проводимость при уменьшении толщины. Поскольку им не требуется быть монокристаллами, их можно создавать при более низких температурах — около 400°C, что достаточно низко, чтобы избежать повреждения существующих кремниевых чипов.

Несмотря на многообещающие результаты, специалисты не ожидают, что фосфид ниобия полностью заменит медь во всех компьютерных чипах, поскольку медь остается лучшим проводником в более толстых пленках и проводах. Тем не менее, фосфид ниобия может быть использован для самых тонких соединений и открывает путь для исследований проводников, созданных из других топологических полуметаллов.