Suurin osa laboratoriotesteistä hiljaisesti paisuttaa 2D-transistorien suorituskykyä, tutkimukset osoittavat | Andrew Tie, Duke-yliopisto Pii on pitkään ollut transistorien valmistukseen valittu puolijohde, mutta nykyaikainen teknologia haastaa materiaalin sisäisiä rajoituksia. Transistoreista löytyvät komponentit ovat jo valmiiksi niin ohuita kuin fysiikka sallii. Näiden rajojen ylittämiseksi tutkijat tutkivat erilaisia materiaaleja, jotka voivat silti toimia, vaikka ne olisivat vain yhden tai kahden atomin paksuisia—niin sanottuja 2D-materiaaleja. Miten takaportattu testaus vääristää tuloksia Näiden materiaalien suorituskyvyn tutkimiseksi tutkijat usein turvautuvat yksinkertaiseen "takaportattuun" arkkitehtuuriin, jossa kaikki transistorin osat rakennetaan yhdelle piikappaleelle, jotta valmistus olisi helpompaa ja kokeilu olisi nopeaa. Tässä kokoonpanossa erittäin ohut 2D-puolijohde, kuten molybdeenisulfidi (MoS₂), sijaitsee kahden metallisen kontaktielektrodin välissä, jotka kuljettavat virtaa puolijohteen läpi. Virran virtaus kytketään päälle tai pois käyttämällä piialustaa portin ohjauksena. Portti ei kuitenkaan vain moduloi 2D-puolijohdekanavaa; "takaportti"-arkkitehtuurissa se vaikuttaa myös puolijohteen osaan, joka on metallikontaktien alapuolella. Tämä luo ilmiön nimeltä "kontaktiportti", ilmiön, joka vahvistaa transistorin suorituskykyä alentamalla kontaktivastusta portin avulla. Vaikka tämä suorituskyvyn parannus on aluksi houkutteleva ja tutkijoiden haluama, takaportattua arkkitehtuuria ei voi käyttää oikeassa laitteessa nopeusrajoitusten ja sähkövirran vuodon vuoksi, jotka ovat arkkitehtuurin sivuvaikutuksia. "Suorituskyvyn vahvistaminen kuulostaa hyvältä asialta," Franklin sanoi. "Vaikka tämä arkkitehtuuri on erinomainen perustestaukseen laboratoriossa, sillä on fyysiset rajoitteet, jotka estävät sen käytön varsinaisessa laiteteknologiassa." Oikeudenmukaisemman testilaitteen rakentaminen Paljastaakseen tämän taustalla olevan tekijän, joka on läsnä sadoissa laboratoriotutkimuksissa 2D-transistoreilla, Victoria Ravel, Franklinin laboratorion tohtoriopiskelija, käytti vuoden kehittääkseen uuden laitearkkitehtuurin, jonka avulla tiimi voi mitata suoraan, kuinka paljon kontaktiportit vaikuttavat heidän suorituskykyynsä. Hän rakensi symmetrisen kaksoisporttitransistorin, joka sisältää portit saman 2D-puolijohdekanavan ylä- ja alapuolella, koskettimet ja materiaalit. Ainoa ero laitteen ohjauksessa takaportilla vai yläportilla oli se, oliko kontaktiportti olemassa, jotta hän pystyi tekemään yksilövertailun. "Sepityksessä ei koskaan tiedä, mihin törmätään," Ravel sanoi. "Kun valmistat näin pienillä mittoilla, asiat alkavat käydä todella vaikeiksi, kun fyysiset rajat ovat siihen aikaan." Tulokset olivat vaikuttavia. Suuremmissa laitteissa kosketusporttien käyttö kaksinkertaisti suorituskyvyn suunnilleen. Kun Ravel pienensi laitteita pieniin mittoihin, jotka soveltuvat tuleviin teknologioihin, kontaktiporttivaikutus kasvoi. 50 nanometrin kanavan pituudella ja 30 nanometrin kontaktipituuksilla kontaktiportti paransi suorituskykyä jopa kuusinkertaiseksi. Kun laitteet kutistuvat, Franklin selitti, koskettimet hallitsevat kokonaisvaltaista suorituskykyä. Mikä tahansa mekanismi, joka muuttaa kontaktikäyttäytymistä, muuttuu yhä tärkeämmäksi. Koska suurin osa vuosien varrella raportoiduista 2D-transistorien tuloksista on käyttänyt takaportattuja arkkitehtuureja, Franklinin ja Ravelin löydöksillä on laajat merkitykset. Seuraavat askeleet kohti realistisia 2D-laitteita Seuraavaksi tiimi aikoo viedä skaalausta vielä pidemmälle, kosketuspituuksilla 15 nanometriin, ja tutkia vaihtoehtoisia kontaktimetalleja kontaktivastuksen vähentämiseksi. Laajempi tavoite on luoda selkeämmät suunnittelusäännöt 2D-puolijohteiden integroimiseksi tuleviin transistoriteknologioihin. "Jos 2D-materiaalit aikovat joskus korvata piikanavat," Franklin sanoi, "meidän täytyy olla rehellisiä siitä, miten laitearkkitehtuuri muokkaa sitä, mitä mittaamme. Tämä työ on perustan luomista."