Límit de la llei de Moore.

Durant dècades, els transistors de silici s'han anat fent cada cop més petits. S'està arribant al límit en què ja no podran ser més petits. Mitjançant l'ús de materials atòmicament prims, s'ha creat un transistor amb una amplada rècord d'aproximadament un terç de nanòmetre és a dir, només tan gruixut com una sola capa d'àtoms de carboni.

En tots els transistors de silici, el corrent flueix de la font al drenador, i aquest flux està controlat per la porta, que permet o no el pas d'una tensió aplicada. La longitud de la porta, esdevé clau per la mida d'un transistor.

Des que es va fer el primer circuit integrat a la dècada del 1950, els transistors de silici s'han anat reduint seguint la llei de Moore, ajudant a empaquetar més d'aquests dispositius en microxips per augmentar la seva potència de càlcul. Tanmateix, els transistors ara s'apropen als seus límits teòrics pel que fa a les mides de les seves portes. Per sota d'uns 5 nanòmetres, el silici ja no pot controlar el flux d'electrons de les fonts als drenadors a causa d'un efecte mecànic quàntic conegut com a túnel.

S'ha començat a explorar materials bidimensionals per a l'electrònica de nova generació, inclòs el grafè, que consta de capes simples d'àtoms de carboni, i el disulfur de molibdè, que està format per una làmina d'àtoms de molibdè entre dues capes d'àtoms de sofre. Per exemple, en el 2016, es va crear un transistor amb portes de només 1 nm de llarg utilitzant nanotubs de carboni i disulfur de molibdè.

A la Xina, s'ha creat un transistor amb grafè i disulfur de molibdè amb una longitud de porta de només 0,34 nm aprofitant l'aspecte vertical del dispositiu de manera que s'ha convertit  en el transistor de longitud de porta més petit del món.

Per forma una imatge del que seria, cal imaginar dos graons d'una escala què, a la part superior del graó superior hi ha la font, i a la part superior del graó inferior hi ha el drenador, tots dos fets de contactes metàl·lics de titani i pal·ladi. La superfície de l'escala, que actua com a canal elèctric que connecta la font amb el drenadors, està feta d'una sola capa de disulfur de molibdè. Sota aquesta superfície hi ha una fina capa de diòxid d'hafni elèctricament aïllant.

Dins del graó superior hi ha un sandvitx de diverses capes. La capa inferior és una làmina de grafè, que consta d'una sola capa d'àtoms de carboni. Al damunt hi ha un bloc d'alumini recobert d'òxid d'alumini, que manté el grafè i el disulfur de molibdè molt separats, excepte per un buit prim a la part vertical del graó superior. Tant el pas superior com el inferior s'asseuen sobre una capa de diòxid de silici sobre una galeta base de silici de 5 centímetres.

Quan la porta està configurada en el seu estat de conducció, es a dir, l'electricitat pot fluir essencialment pels passos des de la font més enllà del grafè fins al drenador, la porta només té una amplada de 0,34 nanòmetres, la mateixa amplada que la capa de grafè.

En el futur, sembla gairebé impossible fer una porta inferior a 0,34 nm, de manera que, podria ser l'últim node per a la llei de Moore.

En els transistors, els estats de conducció i tall de la porta, normalment difereixen en longitud quan s'apliquen camps elèctrics, però aquest efecte no sol ser significatiu a escales més grans. En aquest nou dispositiu, quan s'aplica una tensió a la porta per canviar-la al seu estat de tall, això fa que la porta tingui una longitud efectiva de 4,54 nanòmetres, una diferència que pot resultar un avantatge.

Un canal més llarg amb una resistència més alta ajudaria a evitar el corrent de fuga, en canvi, una longitud de canal més curta amb una resistència més baixa, augmentaria la densitat de corrent de l'estat.

En el futur, s'està pensant en crear circuits integrats a escala més gran gràcies a aquests nous transistors. El següent objectiu és fer una CPU d'1bit, per això cal resoldre el repte per fabricar disulfur de molibdè de major qualitat i major superfície, així com  millorar els sues actual l'alt cost.

Font: Vertical MoS2 transistors with sub-1-nm gate lengths. Fan Wu, He Tian, Yang Shen, Zhan Hou, Jie Ren, Guangyang Gou, Yabin Sun, Yi Yang & Tian-Ling Re