Снятие атомного слоя без повреждения чипа 10.07.2026

Современные компьютерные чипы уже содержат миллиарды транзисторов, и дальнейшее уменьшение их размеров упирается в физические пределы кремния. Чтобы сделать электронику еще компактнее, быстрее и энергоэффективнее, ученые активно исследуют сверхтонкие двумерные материалы, такие как дисульфид молибдена (MoS2). Однако работа с ними требует невероятной точности: нужно уметь удалять всего один атомный слой, не повреждая материал под ним. Новое открытие в области плазменной химии показывает, как этого можно добиться с помощью простого химического покрытия.

Молибден дисульфид можно представить как трехслойный "сэндвич" из атомов: в середине располагается слой молибдена, а сверху и снизу - "крышки" из серы. В будущих транзисторах инженерам часто нужно аккуратно снять только верхний слой серы, оставив молибденовый слой целым. Для этого используют плазму - сильно ионизированный газ, частицы которого обладают достаточной энергией, чтобы выбивать атомы с поверхности. Проблема в том, что разница между энергией, достаточной для удаления серы, и энергией, которая уже начинает разрушать молибден, крайне мала.

Исследователи с помощью компьютерных симуляций выяснили, что ситуацию можно кардинально улучшить, если перед обработкой плазмой нанести на поверхность материала всего несколько атомов кислорода или фтора. Без такого покрытия для удаления атома серы требовалось около 30 электрон-вольт энергии. После покрытия фтором этот порог снижался примерно до 10 электрон-вольт, а после покрытия кислородом - до 14 электрон-вольт. Таким образом, "замок", удерживающий атомы серы, становился значительно слабее.

Когда ионы плазмы попадают на покрытую поверхность, происходит химическая реакция. Атомы кислорода, например, соединяются с атомом серы, образуя молекулу диоксида серы (SO2) - стабильный газ, который сам отрывается от поверхности и улетает. Фтор действует аналогично, формируя летучие соединения серы с фтором. Вместо того чтобы грубо "выбивать" атомы серы ударами, ученые заставляют их сначала превратиться в легко удаляемые молекулы.

Такой подход существенно расширяет "окно безопасной работы" плазмы. Поскольку ионы в плазме обладают разной энергией, на обычной поверхности часть из них оказывается слишком слабой, чтобы снять серу, а другая часть - слишком сильной и повреждает молибден. После химического покрытия появляется широкий диапазон энергий, в котором ионы успешно удаляют верхний слой, но еще не наносят вреда материалу под ним.

Это открытие особенно важно потому, что обычный кремний уже приближается к своим физическим пределам миниатюризации. Материалы семейства дихалькогенидов переходных металлов (TMD), такие как MoS2, имеют толщину всего в несколько атомов и могут стать основой для транзисторов следующего поколения. Однако без сверхточных методов обработки такие материалы остаются лишь теоретической возможностью.

В будущем исследователи планируют количественно оценить степень повреждения материала при разных режимах обработки и проверить, работает ли этот подход для родственных соединений - например, если заменить молибден на вольфрам, а серу на селен. Если метод окажется универсальным, он может стать важным инструментом для массового производства гибридных чипов, сочетающих кремний с ультратонкими двумерными материалами.