Puslaidininkių versle juokaujama, kad žmonių, pranašaujančių, kad Moore dėsnis nebegalios, kas dvejus metus padaugėja dvigubai. Čia turima omenyje aštuntajame dešimtmetyje vieno iš lustų gamintojos „Intel“ įkūrėjų Gordono Moore pateikta prognozė, kad į silikoninį lustą telpančių tranzistorių skaičius kas dvejus metus padvigubės. Kai devintojo dešimtmečio viduryje šis skaičius pasiekė 1 milijoną, daug kas manė, kad pažanga taip sparčiai vykti nebegali. 2005 m. tranzistorių skaičius luste viršijo 1 milijardą, tad daugelis tvirtino, kad toliau tokiu greičiu lustų vystyti neįmanoma. Tačiau dabar kai kuriuose lustuose telpa iki 50 mlrd. tranzistorių, o gamintojai siekia sutalpinti ir dar daugiau.
Šiuo metu mažiausios silicio luste esančios detalės (tranzistoriai ir diodai) yra maždaug septynių nanometrų (milijardosios metro dalies) skersmens. Tai – tūkstantoji raudonojo kraujo kūnelio dalis. Tačiau vis daugėja problemų. Mažėjant sudedamosioms dalims tarp jų ima nutekėti elektronai, tad atsiranda trikdžių, o sistema veikia nebe taip patikimai. Dėl to ir vėl atsirado pranašaujančiųjų, kad pažanga sulėtės. Bet ir šį kartą panašu, kad skeptikai klysta. Nutekančių elektronų problemą galima išspręsti geriau izoliuojant atskiras lusto dalis. Pietų Korėjos ir Didžiosios Britanijos tyrėjų grupė teigia, kad atrado tam tinkamą izoliacinę medžiagą – ji vadinama plonasluoksniu amorfiniu boro nitridu (a‑BN).
Ateityje laukiantys stebuklai
Šios medžiagos istorija labai įdomi. Boras ir azotas periodinėje elementų lentelėje išsidėstę abipus anglies – dėl to vienodą boro ir azoto atomų kiekį turinti medžiaga kristalizuojasi panašiai kaip anglis. Kitaip tariant, boro nitridas turi savus grafito ir deimanto ekvivalentus. Taip pat egzistuoja ir boro nitrido ekvivalentai mažytėms anglies atomų konfigūracijoms, vadinamoms fulerenais ir nanovamzdeliais. Todėl 2004 m. atradus dar vieną anglies alotropą grafeną (kuris sudarytas iš pavienių atomų sluoksnių, susidėsčiusių į korį primenantį šešiakampių tinklą) nenustebino žinia, kad egzistuoja ir boro nitrido ekvivalentas. Šnekamojoje kalboje jis imtas vadinti baltuoju grafenu.
Pirmiausia reikia paminėti, kad baltasis grafenas buvo naujosios dvimačių medžiagų (kaip vadinami šie atomų sluoksniai) srities nevykėlis. Tikrasis grafenas nepaprastai stiprus ir labai pralaidus karščiui bei elektrai, todėl iš pradžių jis laikytas stebuklinga medžiaga, kuri vieną dieną bus naudojama gaminti daug mažesnius ir greitesnius tranzistorius negu dabartiniai silicio tranzistoriai, todėl Moore dėsnis galios ir toliau. Tačiau tikrasis grafenas turi vieną problemą, nusveriančią puikias jo savybes – jis neturi draudžiamosios juostos.
Medžiagos draudžiamąja juosta matuojamas energijos kiekis, kurio reikia tam, kad per ją galėtų judėti elektronas. Jei medžiagos draudžiamoji juosta siaura, tai – laidininkas. Jei medžiagos draudžiamoji juosta plati, tai – izoliacinė medžiaga. Grafeno draudžiamoji juosta lygi nuliui – tai labai neįprasta, tačiau dėl to ši medžiaga itin laidi. Tačiau puslaidininkiams (medžiagoms, iš kurių gaminami tranzistoriai) reikia aukso viduriuko – draudžiamosios juostos, kuri nei per siaura, nei per plati. Įvairiais eksperimentais sukurta grafeno versijų, kurios turi šių aukso viduriuką atitinkančių savybių, tačiau iš jų pagaminti tranzistoriai kol kas bandomi tik laboratorijose.
Tačiau tyrinėdami grafeną ir jo ekvivalentus tyrėjai sukaupė labai daug žinių apie dvimates medžiagas. O tada pasirodė boro nitridas. Nors jis netinkamas puslaidininkis, jo draudžiamoji juosta plati, todėl jis – puiki izoliacinė medžiaga. Dėl to ši medžiaga (bent teoriškai) atrodo tinkama išspręsti elektronų nutekėjimo problemai.
Viena iš įmonių, bandžiusių sukurti grafeno tranzistorių – tai didžioji Pietų Korėjos elektronikos gaminių grupė „Samsung“. Tačiau įmonės tyrėjai neatmetė galimybės naudoti ir boro nitridą. Viena tyrėja Hyeon-Jin Shin bendradarbiaudama su Hyeon Suk Shin (giminystės ryšiais jie nesusiję) iš Pietų Korėjos Ulsano nacionalinio mokslo ir technologijų instituto ir Manish Chhowalla iš Jungtinės Karalystės Kembridžo universiteto sukūrė plonasluoksnį boro nitridą, kuris neturi įprastos baltojo grafeno šešiakampės struktūros (dėl to jis vadinamas „amorfiniu“). Šis atradimas ypač svarbus todėl, kad gali suteikti galimybę naudoti boro nitridą įprastame lustų gamybos procese.
Gamykloms tinkamas rezultatas
Plonasluoksnės medžiagos paprastai gaminamos naudojant procesą, vadinamą nusodinimu iš cheminių garų fazės (CVD). Šis procesas naudojamas ir gaminant a‑BN. Kaip galima nuspėti iš pavadinimo, vykdant šį procesą medžiaga (arba cheminiai elementai, kurie sureagavę ją suformuoja) įkaitinama iki garų ir nusodinama ant pasluoksnio. Mikroelektronikos srityje šis pasluoksnis dažniausiai būna silicio plokštelė.
Paprastai tokioms dvimatėms medžiagoms kaip grafenas ir baltasis grafenas pagaminti CVD turi būti atliekamas aukštesnėje nei 700 °C temperatūroje. Tokia temperatūra dabartinėms gamykloms per didelė. Tačiau, pasak Hyeon-Jin Shin, plonasluoksnį a‑BN galima pagaminti ir palyginus nedidelėje 400 °C temperatūroje. Gaminant mažesnėje temperatūroje medžiagą būtų galima nusodinti tiesiai ant silicio plokštelių ir kitų pasluoksnių, todėl nereikėtų keisti milijardus dolerių kainavusių kompiuterių lustų gamyklų. Tyrėjos nuomone, dėl to plonasluoksnį a‑BN panaudoti komercinėse lustų gamyklose būtų galima kur kas greičiau negu kitas dvi dvimates medžiagas.
Naujoji amorfinė medžiaga storesnė už įprastą baltąjį grafeną, tačiau labai nedaug. Jos plotis – trys nanometrai, todėl ji tinkama gaminti naujoms skeptikų abejones paneigti galinčioms detalėms. Be to, ji šiluminiu, mechaniniu ir elektroniniu požiūriu stabili bei turi tokią pat plačią draudžiamąją juostą kaip ir baltasis grafenas, todėl pasižymi tokiomis pačiomis izoliacinėmis savybėmis. O jei dar pridursime, kad ją nesunku pagaminti dabartinėse gamyklose, ateitis atrodys daug žadanti. Tereikia šiek tiek sėkmės, ir Moore dėsniu netikintys skeptikai vėl bus nugalėti.