Тайвански учени, в сътрудничество с инженери от TSMC разработиха нов метод за производство на транзистори на базата на едноатомен слой от молибденов дисулфид (MoS₂), който позволява значително да се повиши ефективността на управлението на тока и да се доближи двумерната електроника до производството на микросхеми. Проблемът не беше в материалите, а в методите за тяхното свързване, когато атомите се сближават толкова плътно, че започват да си оказват силно взаимно влияние.

Един от основните проблеми при транзисторите от полупроводника MoS₂ остава нанасянето на изолатор на гейта. Повърхността на условно двуизмерния кристал практически няма свободни химични връзки, поради което използваното в полупроводниковата промишленост атомно отлагане слой по слой (ALD) не успява да формира върху нея непрекъснати свръхтънки слоеве.

Освен това използването на диелектрици с висока диелектрична проницаемост, например HfO₂ засилва разсейването на електроните и може да намали рязко тяхната подвижност. Налага се да се търси компромис между подвижността и управляемостта на електроните в канала, като се отчита нивото на брака. Доскоро всички такива компромиси водеха до влошаване на характеристиките на транзисторите и не допринасяха особено за по-нататъшната миниатюризация. Учените решиха, че е достатъчно да търсят нови материали за транзистори – би било добре да се научат да ги съединяват по-добре един с друг, така че граничните слоеве сами да станат част от транзистора.

Учените решиха този проблем, като на практика създадоха атомно тънък буферен слой между MoS₂ и основния затворен диелектрик. В условия на свръхвисок вакуум върху повърхността на MoS₂ чрез електронно-лъчево изпаряване беше нанесен слой алуминий с дебелина около 0,3 нанометра. Благодарение на ван дер Ваалсовата повърхност на двуизмерния материал алуминият се отлагаше с желаната, предимно кристалографска ориентация Al(111), след което беше контролирано окисляван, превръщайки се в изключително тънък и хомогенен слой Al₂O₃. Вече върху него можеше да се нанесе диелектрик HfO₂ чрез ALD отлагане. Такова съчетание едновременно осигуряваше добра повърхност за растежа на диелектрика и екранираше канала от частично неблагоприятно взаимодействие с HfO₂.

В транзисторите с къси канали, произведени на такава основа изследователите успяха да намалят еквивалентната дебелина на диелектрика до приблизително 1 нанометър, без да загубят високата подвижност на носителите – именно съчетанието на тези две характеристики осигури впечатляващата проводимост на транзистора. Това е важно за по-нататъшното намаляване на размерите на логическите елементи: еднослойният MoS₂ има дебелина от порядъка на 0,7 нанометра и затова се противопоставя на ефектите в късите гейтове при силно мащабиране значително по-добре от силиция.

Работата засега демонстрира технологичния принцип, а не готов заместител на силициевите CMOS, но показва, че една от ключовите пречки пред двумерната електроника – създаването на свръхтънък гейт без влошаване на атомния канал може да бъде преодоляна чрез създаването на буферен интерфейс буквално на ниво няколко атома.