Keďže konvenčná technológia polovodičov na báze kremíka sa blíži k svojim fyzickým limitom, globálny polovodičový priemysel zrýchľuje svoj prieskum materiálov novej generácie schopných predĺžiť Mooreov zákon. Dvoudimenzionálne polovodiče, ako je molybdén disulfid (MoS₂), ktorý môže byť tenký ako jediné atomárne vrstvy—približne 0,7 nanometra—sa považujú za sľubných kandidátov na procesy pod 1 nanometer. Ich praktické využitie však čelí pretrvávajúcej výzve: nanášanie gate dielektrika na materiál môže vytvoriť defekty na rozhraní medzi ultratenkým izolátorom a polovodičom, čo zvyšuje rozptyl elektrónov, znižuje mobilitu nosičov a zhoršuje výkon tranzistorov.
Aby sa táto dlhodobá výzva rozhrania vyriešila, vedci z výskumnej divízie TSMC a Národnej univerzity Yang Ming Chiao Tung vyvinuli prístup známy ako "epitaxia rozhraní". Výskum bol publikovaný v Nature Electronics v júli 2026.
Namiesto vývoja nového polovodiča alebo gate dielektrika, výskumný tím preprojektoval rozhranie medzi dvoma materiálmi na atomárnej škále. Pomocou technológie ultravysokého vakua tím presne naniesol ultratenkú vrstvu kovového hliníka na jednovrstvový MoS₂. Hliník bol následne oxidovaný na vytvorenie vrstvy oxidu hlinitého s hrúbkou približne 0,42 nanometra. Táto atomárne tenká vrstva slúžila ako vysoce kvalitný buffer povrch, na ktorý vedci naniesli oxid hafnia, high-k materiál použitý ako funkčné gate dielektrikum.
Technika atomárneho rozhrania poskytuje dve výhody. Vrstva oxidu hlinitého prekonáva ťažkosti pri nanášaní spôsobené absenciou zavesených väzieb na povrchu MoS₂, čím poskytuje hladký a kontinuálny rastový povrch pre film oxidu hafnia. Takisto funguje ako izolačná vrstva, ktorá znižuje interakcie náboja a efekty napätia v mriežke medzi high-k dielektrikom a dvoudimenzionálnym polovodičom, čo výrazne znižuje rozptyl elektrónov spôsobený rozhraním.
Pomocou tejto techniky vedci vyrobili vysokovýkonné tranzistory s horným gate na báze jednovrstvového MoS₂ pestovaného prostredníctvom chemickej pary. Testovacie výsledky ukázali ekvivalentnú hrúbku oxidu približne 1 nanometer, čo spĺňa prísne požiadavky na škálovanie gate dielektrika pokročilých polovodičových procesov. Zariadenia tiež preukázali vedúci výkon transkonduktancie pri extrémne malých rozmeroch, s vrcholovou hodnotou 0,45 mS/μm, spolu s veľmi nízkym únikom prúdu a silnou operačnou stabilitou.
Štúdia predstavuje prvú demonštráciu vo veľkoplošných atomárnych tenkých zariadeniach, ktoré kombinujú agresívne škálovanie gate dielektrika, silnú elektrostatickú kontrolu a vysokú mobilitu nosičov. Technika zakladá platformu, ktorá by mohla byť použitá pre viacero materiálov s dvoudimenzionálnou štruktúrou. Môže byť nakoniec integrovaná s existujúcimi procesmi výroby polovodičov a podporiť vývoj technológií čipov po kremíku.