Широко употребляемые сегодня обозначения технологических норм изготовления полупроводниковых микросхем, такие как 7 нм, 5 нм, 3 нм и т. д., – не более чем маркетинговые наименования. По объективным причинам фотолитография не позволяет выйти при формировании полупроводниковых кристаллов на подлинно измеряемый единицами нанометров уровень детализации. Зато просвечивающая электронная микроскопия – позволяет; правда, пока что от серийного массового производства эта технология чрезвычайно далека.
Команда исследователей из Международного центра наноархитектоники материалов (WPI-MANA) недавно сообщила о создании первого в мире по-настоящему наноразмерного транзистора с характерной длиной канала (расстоянием от истока до стока заряда) 2,8 нм. Достигнут этот уровень миниатюризации был фактически вручную, с применением так называемых металлических углеродных нанотрубок и просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ).
Металлическими эти трубчатые структуры из атомов углерода называются потому, что проводят электрический ток при низких температурах, как и обычные металлы (полупроводниковые же углеродные нанотрубки, напротив, при охлаждении теряют проводящие свойства). Как именно будет вести себя нанотрубка, определяет геометрия ее стенок.
Грубо говоря, в исходном состоянии углеродная нанотрубка демонстрирует те же проводящие свойства, что и металл, но если ее деформировать – сдавить, скрутить, – то начинает вести себя как полупроводник. А это значит, что если включить нанотрубку в электрическую цепь, присоединив к торцам проводники, и изменить ее геометрию где-нибудь в середине, получится готовая полупроводниковая структура наноразмерных масштабов, – останется только организовать на подложке затвор для управления прохождением тока через нее.
Возникает, однако, нетривиальная инженерная задача: как (и чем?) аккуратно деформировать в строго определенном месте единичную нанотрубку – структуру со стенками атомарной толщины, диаметр которой составляет обычно 0,4–1,8 нм? Здесь сотрудникам WPI-MANA и пришел на помощь ПЭМ, оперирующий пучком электронов с довольно высокой энергией. Создавая при помощи этого пучка повышенное давление в нужной точке, исследователи превратили фрагмент исходно металлической нанотрубки в полупроводник с длиной канала около 2,8 нм.
Учитывая, что современные СБИС содержат десятки, если не сотни миллионов транзисторов, изготавливать таким методом их по отдельности даже на каком-нибудь станке с ЧПУ, совмещенном с ПЭМ, было бы слишком затратно по времени. Однако принципиальная возможность сравнительно несложного получения нанометровых полупроводниковых элементов работой WPI-MANA подтверждена, и есть надежда, что со временем будет разработан некий аналог широко применяемой ныне лазерной фотолитографии – уже для массового изготовления сложных полупроводниковых структур из огромного количества углеродных нанотрубок разом.