Учёные Стэнфордского университета сделали открытие в области наноэлектроники, предложив способ решения важной проблемы производства микросхем.
С уменьшением размеров и усложнением компьютерных чипов сверхтонкие металлические провода, передающие электрические сигналы внутри них, становятся узким местом. Традиционные проводники теряют проводимость при уменьшении толщины, что ограничивает размер, эффективность и производительность наноэлектроники.
Учёные Стэнфорда выяснили, что фосфид ниобия проводит электричество лучше меди в пленках толщиной нескольких атомов. Эти пленки можно создавать и наносить при низких температурах, что делает их совместимыми с технологиями производства чипов.
Фосфид ниобия — топологический полуметалл. Материал проводит электричество, но его поверхности обладают большей проводимостью, чем середина. При уменьшении толщины плёнки фосфида ниобия средняя область сужается, а поверхности остаются неизменными. Это позволяет поверхностям оказывать больший вклад в поток электричества, делая материал в целом лучшим проводником.
В исследованиях выяснилось, что фосфид ниобия превосходит медь по проводимости при толщине менее 5 нанометров, даже при обычной температуре. При таких размерах медные провода испытывают трудности с обработкой быстрых электрических сигналов и рассеивают значительно больше энергии в виде тепла.
Много учёных ищут лучшие проводники для наноэлектроники. Но лучшие кандидаты обычно требуют очень точной кристаллической структуры, которая формируется при высоких температурах. Команда исследователей создала плёнки фосфида ниобия — первый пример некристаллических материалов, проводимость которых улучшается с уменьшением толщины. Благодаря этому им не нужно быть монокристаллами, их можно создавать при более низких температурах — около 400°C, достаточно низко, чтобы не повредить существующие кремниевые компьютерные чипы.
Благодаря обнадеживающим результатам исследование не предполагает полную замену меди фосфидом ниобия в компьютерных чипах, так как медь превосходит его по проводимости в толстых плёнках и проводах. Вместе с тем, фосфид ниобия подходит для тончайших соединений и открывает возможности для изучения проводников из других топологических полуметаллов.