Motorola Labs объявила о технологическом прорыве в использовании новых полупроводниковых материалов, который приведет к появлению более компактных и мощных устройств, потребляющих меньше энергии 1 декабря 1999 года ученые компании Motorola объявили создании самого тонкого в мире транзистора на базе уникального открытия в области полупроводниковых материалов. Впервые для создания транзисторов были использованы материалы класса перовскитов (perovskites), что составляет первое за последние 30 лет фундаментальное изменение в составе материалов для изготовления полупроводников. Данная технология применения полупроводниковых материалов нового класса позволит в будущем на порядок уменьшить размер транзисторов и увеличить скорость их работы, при этом значительно снизить потребление энергии.

Уже сейчас, уникальная технология позволит создавать транзисторы толщиной в три-четыре раза меньше, чем устройства, созданные из традиционных на сегодняшний день полупроводниковых материалов. Уменьшение эффективной толщины транзистора при отсутствии эффекта быстрого возрастания тока утечки позволит значительно уменьшать размеры компьютерных чипов и количество потребляемой ими энергии еще в течение многих лет. Новое достижение Motorola позволит в будущем создавать более мощные и скоростные интегральные схемы, работающие от одной обычной батарейки.

"Так как устройства продолжают сокращаться в размерах, оксидный затвор транзистора также должен становиться тоньше. Однако мы быстро приближаемся к пределу, за которым мы уже не сможем делать тоньше слой диоксида кремния, который традиционно используется как изолятор затвора на протяжении последних 30 лет" - сказал Джим Прендергаст, вице-президент и генеральный менеджер Physical Sciences Research Lab Motorola (PSRL - Физическая исследовательская лаборатория). - "Решение проблемы заключается в использовании материалов нового семейства, которые по своим электрическим свойствам соответствуют изделиям [из традиционных материалов], гораздо меньшим своих действительных физических размеров".

Новая технология осуществима при использовании материалов с более высокой диэлектрической константой, чем стандартный диоксид кремния. Выращивая кристаллы титаната стронция на кремниевом субстрате, Motorola Labs продемонстрировала электрические свойства, превосходящие таковые для диоксида кремния более чем в 10 раз.

Ключом к этой разработке стало компьютерное моделирование каждого отдельного атома на поверхности материала с использованием самых современных технологий. Изучив поведение атомов в структуре, Motorola Labs смогла решить фундаментальные проблемы, которые срывали все попытки использования этих новых материалов для изоляции затворов. Это первый случай успешного применения детального компьютерного моделирования для аналогичных разработок. Компьютерный прогноз был подтвержден тщательно проведенными опытами в сотрудничестве с Университетом Аризоны и Stanford Synchrotron Radiation Laboratory.

Технические данные.
Несмотря на то, что исследования в области перовскитов продолжались многие годы, Motorola Labs первая представила работающий транзистор КМОП-типа. Созданный полупроводниковый прибор превосходит по своим показателям традиционные транзисторы этого класса.

Перовскиты являются классом кристаллических материалов, у которых атом металла находится внутри октаэдра из атомов кислорода. Эта структура придает им необычные свойства, такие как высокая диэлектрическая константа и даже сегнетоэлектрические свойства в зависимости от специфических атомов элементов в структуре. Перовскиты, будучи редкими в природе, все же встречаются в Танзании, Бразилии и Канаде. В лаборатории эти структуры получают искусственно, наращивая слой за слоем атомов, что дает возможность получить чистый и почти идеальный кристалл.

Для того, чтобы совместить кристаллический оксид с кристаллом кремния, связь между ними должна полностью контролироваться. Motorola использовала эпитаксию молекулярного пучка (MBE) для исследования физики этого процесса, позволяющего точно соединить два разнородных материала в одну кристаллическую структуру. Кристалл титаната стронция должен быть развернут на 45 градусов на кремниевой поверхности, а число дефектов на поверхности контакта не должно превышать один на 10000 атомов. Motorola Labs продемонстрировала также возможность выращивания этих материалов на пластинах кремния диаметром до 8 дюймов (20 см). Это первое успешное применение MBE на пластинах такого большого диаметра. Точность этой техники позволяет получить слои, в которых толщина варьирует всего на один слой атомов по всей поверхности пластины.