تكشف الأبحاث أن معظم الاختبارات المخبرية ترفع بهدوء أداء الترانزستورات ثنائية الأبعاد. أندرو تاي، جامعة ديوك لطالما كان السيليكون أشباه الموصل المفضل لصنع الترانزستورات، لكن التكنولوجيا الحديثة تدفع الحدود الجوهرية للمادة. المكونات الموجودة داخل الترانزستورات بالفعل رقيقة بقدر ما تسمح به الفيزياء. لتجاوز هذه الحدود، يستكشف الباحثون مواد مختلفة يمكنها العمل حتى لو كان سمك ذرة أو ذرتين فقط—ما يسمى بالمواد ثنائية الأبعاد. كيف يؤثر الاختبار المغلق الخلفي على النتائج لدراسة أداء هذه المواد، غالبا ما يعتمد الباحثون على بنية بسيطة "خلفية البوابة" تبني جميع مكونات الترانزستور على قطعة سيليكون واحدة لتسهيل التصنيع والسماح بالتجريب السريع. في هذا الإعداد، يوجد نصف موصل ثنائي الأبعاد فائق النحافة مثل ثنائي الكبريتيد الموليبدينوم (MoS₂) بين قطبين تلامس معدني يمرران التيار عبر شبه الموصل. يتم تشغيل أو إيقاف تدفق التيار باستخدام ركيزة السيليكون كوحدة تحكم في البوابة. ومع ذلك، فإن البوابة لا تعدل فقط قناة أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد؛ في بنية "البوابة الخلفية"، يؤثر أيضا على الجزء من شبه الموصل الذي يقع أسفل نقاط الاتصال المعدنية. يخلق هذا ظاهرة تسمى "تداخل التلامس"، وهو تأثير يعزز أداء الترانزستور عن طريق خفض مقاومة التلامس باستخدام البوابة. على الرغم من أن هذا التحسن في الأداء يبدو جذابا في البداية وهو ما يريده الباحثون، إلا أن البنية الخلفية لا يمكن استخدامها في جهاز حقيقي بسبب قيود السرعة وتسرب التيار الكهربائي التي تعد آثارا جانبية للبنية. قال فرانكلين: "تضخيم الأداء يبدو أمرا جيدا." "لكن رغم أن هذه البنية رائعة للاختبارات الأساسية في المختبر، إلا أن لديها قيودا مادية تمنع استخدامها في تقنية الأجهزة الفعلية." بناء جهاز اختبار أكثر عدلا لكشف هذا العامل الأساسي الذي يوجد في مئات الدراسات المخبرية على الترانزستورات ثنائية الأبعاد، قضت فيكتوريا رافيل، طالبة الدكتوراه في مختبر فرانكلين، عاما في تصنيع بنية جهاز جديدة تتيح للفريق قياس مدى تأثير بوابة التلامس على أدائهم مباشرة. قامت ببناء ترانزستور مزدوج البوابة متماثل، يشمل بوابات فوق وتحت نفس قناة أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد وجهات الاتصال والمواد. الفرق الوحيد بين التحكم في الجهاز باستخدام البوابة الخلفية أو العلوية هو ما إذا كان هناك بوابة تلامس، حتى تتمكن من إجراء مقارنة فردية. "مع التصويف، لا تعرف أبدا ما الذي ستواجهه،" قال رافيل. "عندما تصنع بأبعاد صغيرة جدا، تبدأ الأمور في أن تصبح صعبة جدا فيما يمكنك فعله ضمن الحدود المادية." كانت النتائج لافتة للنظر. في الأجهزة الأكبر، كان نظام التلامس يضاعف الأداء تقريبا. ومع تقليص رافيل للأجهزة إلى أبعاد صغيرة ذات صلة بالتقنيات المستقبلية، زاد تأثير بوابة التلامس. عند طول قناة 50 نانومتر وأطوال تلامس 30 نانومتر، عزز بوابات التلامس الأداء بما يصل إلى ستة أضعاف. ومع تصغير الأجهزة، أوضح فرانكلين، تهيمن هذه الجهات على الأداء العام. أي آلية تغير سلوك الاتصال تصبح أكثر أهمية. نظرا لأن معظم نتائج الترانزستورات ثنائية الأبعاد التي تم الإبلاغ عنها على مر السنين استخدمت هياكل خلفية البوابة، فإن نتائج فرانكلين ورافيل لها تداعيات واسعة. الخطوات التالية نحو أجهزة ثنائية الأبعاد واقعية بعد ذلك، يخطط الفريق لدفع التكبير إلى أبعد من ذلك، مع تقليل أطوال التلامس إلى 15 نانومتر، ودراسة المعادن التلامسية البديلة لتقليل مقاومة التلامس. الهدف الأوسع هو وضع قواعد تصميم أوضح لدمج أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد في تقنيات الترانزستورات المستقبلية. قال فرانكلين: "إذا كانت المواد ثنائية الأبعاد ستحل محل قنوات السيليكون يوما ما، فعلينا أن نكون صادقين بشأن كيفية تشكيل هندسة الأجهزة لما نقيسه. هذا العمل يهدف إلى وضع ذلك الأساس."