Графеновые транзисторы будут использоваться в производстве компьютерных микросхем

Графеновые транзисторы будут использоваться в производстве компьютерных микросхем

Надежда ученых на то, что «волшебный материал» графен получит широкое применение в электронных устройствах, стала на шаг ближе к своему осуществлению – благодаря изменению его «рецепта приготовления».

Графен – пласт углерода толщиной в один атом – может переносить электрический заряд намного быстрее, чем ныне используемые материалы. Однако, как оказалось, очень трудно заставить его вести себя как полупроводник – например, кремний – то есть присоединять «контакты» к пластинам.

Авторы исследования, результаты которого опубликованы в журнале «Nature Communications», решили эту проблему путем производства графена из материала под названием карбид кремния.

С момента своего открытия в 2004 году графен стал объектом пристального внимания исследователей, которые пытаются использовать его уникальную механическую прочность и полезные электронные свойства. Поскольку пласты графена очень тонкие и отлично проводят электрические заряды, их уже используют в качестве совершенно прозрачных «электродов» в солнечных элементах. Как ожидается, очень скоро их также станут применять при производстве потребительских товаров – таких, как смартфоны или телевизоры.

Однако особая надежда возлагается на то, что графен можно использовать в качестве полупроводника, который будет применяться совместно или полностью заменит наиболее часто используемый в промышленности материал – кремний.

Чтобы производить более быстрые компьютерные микросхемы, разработчики неустанно ищут способ максимально сократить размеры отдельных полупроводниковых триодов (транзисторов).

Поскольку заряды передвигаются по графену в сотни раз быстрее, чем по кремнию, увеличение скорости может быть достигнуто без уменьшения размеров чипа, однако попытки внедрить в него графен столкнулись с рядом трудностей. 

Волшебство в одном чипе

Одна из трудностей заключается в том, что хотя графен – очень хороший проводник, из него получается неважный полупроводник – а именно такой материал и требуется для производства транзисторов. Несмотря на то, что уже было создано несколько разных транзисторов на графеновой основе, это потребовало некоторых модификаций, которые ослабили его электрические характеристики.

Другая проблема заключается в том, что добавление металлических контактов к графену – для пропускания электрических зарядов внутрь и наружу – является трудновыполнимым и, как правило, приводит к повреждениям.

Чтобы решить обе проблемы, исследователи из университета Эрлангена-Нюрнберга (Германия) прибегли к помощи менее известного вещества под названием «карбид кремния» - кристаллического соединения кремния и углерода.

В 2009 году участники этой же исследовательской группы сообщали в журнале «Nature Materials», что при запекании пластов карбида кремния атомы кремния покидали верхний слой кристалла, оставляя лишь углерод в форме графена.

На данном этапе исследования немецкие ученые стали сотрудничать со шведским исследовательским институтом «AcreoAB». Они использовали высокоэнергетический луч из заряженных атомов, чтобы вытравить на пластах карбида кремния  «каналы», обозначающие расположение различных частей транзистора.

Нововведением здесь стало использование в процессе газообразного водорода, который определял, как верхний слой графена присоединялся к нижнему пласту карбида кремния. В результате отдельные части пласта становились проводниковыми или полупроводниковыми – в зависимости от вытравленных каналов. Таким образом, водород изменял природу химических связей между двумя слоями.

Квентин Рамас – исследователь из лаборатории Дарсбери, Великобритания, недавно доказавший, что отверстия в графене «заживают сами собой» - назвал проделанную работу «действительно впечатляющей». 

«Это действительно большое достижение – научиться контролировать процесс химического взаимодействия, чтобы обеспечить связь между слоями, а потом использовать в каких угодно целях – и все это в одном чипе, - отмечает доктор Рамас в интервью корреспонденту BBCNews. -  Мы повсюду слышим о «волшебных» свойствах графена, поэтому приятно еще раз убедиться, что он эффективен и масштабируем и что его можно использовать для создания новых технологий».

BBCNews, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-18868848

  • Дата публикации: 19.07.2012
  • 160

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться