Кремний, десятилетиями остававшийся основой всей электронной индустрии, впервые получил серьёзного конкурента. Китайские исследователи сообщили о создании первого в мире полноразмерного полупроводникового кристалла на основе индий-селенида (InSe) — в виде 2-дюймовой пластины с идеальной кристаллической структурой. Это достижение может ознаменовать начало новой технологической эпохи: InSe не просто догоняет кремний, но по ряду характеристик его превосходит.
Индий-селенид давно рассматривался как перспективный материал для электроники будущего благодаря своей двумерной структуре, высокой подвижности зарядов и оптимальной ширине запрещённой зоны. Однако его синтез в больших масштабах долгое время оставался нерешённой задачей: высокая летучесть компонентов, различие в давлении пара и склонность к формированию нестабильных фаз мешали вырастить однородную плёнку нужного качества.
Под руководством профессора Лю Кайхуэя из Пекинского университета команда разработала оригинальную технологию роста — «твёрдо-жидко-твёрдая конверсия». Сначала на сапфировую подложку наносили аморфную плёнку InSe методом магнетронного распыления, затем покрывали чистым индием и нагревали до 550 °C в герметичной кварцевой капсуле. В этих условиях индий расплавлялся, создавая насыщенную реакционную среду, в которой происходил контролируемый рост идеального кристалла InSe. Полученная структура отличалась стабильной атомной решёткой и высокой однородностью по всей площади пластины.
В результате удалось получить полноразмерную 2-дюймовую подложку, пригодную для массового производства. На её основе были созданы транзисторы, показавшие характеристики, выходящие за пределы возможностей кремниевых аналогов. Так, подвижность электронов достигала 287 см²/В·с при комнатной температуре — в несколько раз выше, чем у большинства существующих двумерных материалов. Устройства также продемонстрировали минимальные утечки при длине затвора менее 10 нм, высокий коэффициент переключения и энергоэффективность, превышающую прогнозы Международной дорожной карты (IRDS) на 2037 год.
Особо важно, что переключение происходило почти у предела Больцмана — теоретической границы эффективности логических элементов. Также было зафиксировано ослабление эффекта DIBL, снижающего надёжность при масштабировании. На фоне актуальных тенденций в микроэлектронике эти достижения особенно значимы.
Работа команды имеет значение не только для InSe. Учёным удалось стабилизировать точное соотношение атомов индия и селена — ключевой фактор, десятилетиями ограничивавший потенциал этого материала. Разработанная методика может быть адаптирована для синтеза других нестабильных халькогенидов, открывая путь к широкому спектру новых полупроводников с уникальными характеристиками.
Дополнительным плюсом стала совместимость новых кристаллов с существующими CMOS-процессами. Это означает, что InSe может быть интегрирован в текущие производственные цепочки без необходимости полной перестройки фабрик. В будущем учёные планируют гетероинтеграцию — объединение InSe с другими двумерными материалами в многофункциональные вертикальные чипы, способные одновременно выполнять вычисления, хранить данные и взаимодействовать с окружающей средой.
Потенциальные сферы применения включают энергоэффективные ИИ-ускорители , чипы для граничных вычислений, а также прозрачную и гибкую электронику для носимых устройств. Если прогресс в InSe продолжится, он может стать тем для посткремниевой электроники, чем когда-то был сам кремний .