Миру представили первый эффективный полупроводник из графена
Специалисты из Технологического института Джорджии (Georgia Tech) разработали первый в мире функциональный полупроводник из графена. Как известно, графен — это плоский (двумерный) слой атомов углерода. А полупроводники, напомним, представляют собой материалы для электроники, которые проводят электричество при определённых условиях. Создатели новинки полагают, что открыли двери для новой технологии в сфере электронных устройств.
Тематика новых полупроводников особенно актуальна, так как кремний, из которого пока что изготавливают почти всю электроника, уже близок к пределу своего экономического потенциала на фоне растущих запросов рынка относительно производительности устройств и компактности деталей.
Возглавил группу учёных из США и Китая профессор физики з Georgia Tech Уолтер де Хир. Коллеги стремились получить такой графеновый полупроводник, который был бы совместим с широко распространёнными методами обработки в микроэлектронике. Только тогда, при условии запуска в производство, можно будет говорить о жизнеспособности изобретённой альтернативы кремнию.
В издании Nature профессор де Хир и его команда сообщили, что им удалось преодолеть важнейшее препятствие, которое десятилетиями мешало исследованиям графена, и причину, по которой многие думали, что графеновая электроника никогда не будет работать. Проблема известна как запрещённая зона — это важнейшее свойство, благодаря которому полупроводники включаются и выключаются. Запрещённая зона срабатывает у материала при воздействии на него электрополя, так и работают транзисторы. Но до решения вопроса, а как же задействовать запрещённую зону в графене, чтобы он работал подобно кремнию, прогресса с ним не наблюдалось.
Де Хир сообщил, что теперь у науки есть чрезвычайно прочный графеновый полупроводник, и его подвижность в 10 раз больше, чем у кремния. (Подвижность носителей тока — это величина, которая характеризует способность электронов перемещаться под действием электрического поля. Она определяет скорость их движения и влияет на эффективность передачи тока в материалах).
— Уолтер де Хир, профессор Georgia Tech.
Де Хир начал исследовать потенциал материалов на основе углерода в качестве полупроводников ещё в начале своего научного пути. На изучении графена он сосредоточился в 2001 году. И понял, что у того есть полезные для электроники свойства.
Их с коллегами питала надежда использовать для электроники такие особенности графена, как его чрезвычайная прочность, способность выдерживать очень большие токи без нагрева и разрушения.
Де Хир с сотрудниками достигли успеха, выяснив, как выращивать графен на пластинах карбида кремния в специальных печах. Так удалось получить эпитаксиальный (нарощенный слой за слоем) графен, представляющий собой сплошной материал. Учёные обнаружили, что при надлежащей технологии эпитаксиальный графен химически связывается с карбидом кремния, начиная проявлять полупроводниковые свойства.
Поняв, что они на верном пути, участники исследования в течение десятилетия совершенствовали материал в Georgia Tech. А затем начали сотрудничество с коллегами из Тяньцзиньского международного центра наночастиц и наносистем в КНР. Де Хир основал центр в 2014-м с Лей Ма, который стал там директором.
Изначально графен не относится ни к полупроводникам, ни к металлам, а проявляет свойства полуметалла. Но чтобы создать функциональный транзистор, команде учёных необходимо было измерять электронные свойства графена, не повреждая его.
Измерения показали, что подвижность у полупроводника из графена в 10 раз больше, чем у кремния. Иными словами, электроны движутся с очень низким сопротивлением, что способствует скорости вычислений. Материал на основе графена оказался более эффективным без сильного нагрева, при том обеспечивая более высокую скорость электронов.
Лей Ма прокомментировал, что давняя проблема графеновой электроники заключалась в отсутствии у графена нужной ширины запрещённой зоны, то есть он не мог включаться и выключаться должным образом. В течение долгих лет многие специалисты пробовали «расколоть» эту задачу разными способами.
Авторы открытия считают, что эпитаксиальный графен способен не только изменить всю сферу электроники, но и дать начало совершенно новым технологиям. Так, изобретение позволит задействовать квантово-механические волновые свойства электронов, что как раз необходимо для квантовых вычислений.
Де Хир сказал, что считает достижение путём к появлению нового поколения электроники. Если вспомнить, то до кремния использовались электронные лампы, а до того в ходу были провода и телеграф. То есть профессор рассматривает кремний лишь как один из многих этапов в истории электроники, а основой для следующего, возможно, уже становится графен.
Тематика новых полупроводников особенно актуальна, так как кремний, из которого пока что изготавливают почти всю электроника, уже близок к пределу своего экономического потенциала на фоне растущих запросов рынка относительно производительности устройств и компактности деталей.
Возглавил группу учёных из США и Китая профессор физики з Georgia Tech Уолтер де Хир. Коллеги стремились получить такой графеновый полупроводник, который был бы совместим с широко распространёнными методами обработки в микроэлектронике. Только тогда, при условии запуска в производство, можно будет говорить о жизнеспособности изобретённой альтернативы кремнию.
В издании Nature профессор де Хир и его команда сообщили, что им удалось преодолеть важнейшее препятствие, которое десятилетиями мешало исследованиям графена, и причину, по которой многие думали, что графеновая электроника никогда не будет работать. Проблема известна как запрещённая зона — это важнейшее свойство, благодаря которому полупроводники включаются и выключаются. Запрещённая зона срабатывает у материала при воздействии на него электрополя, так и работают транзисторы. Но до решения вопроса, а как же задействовать запрещённую зону в графене, чтобы он работал подобно кремнию, прогресса с ним не наблюдалось.
Де Хир сообщил, что теперь у науки есть чрезвычайно прочный графеновый полупроводник, и его подвижность в 10 раз больше, чем у кремния. (Подвижность носителей тока — это величина, которая характеризует способность электронов перемещаться под действием электрического поля. Она определяет скорость их движения и влияет на эффективность передачи тока в материалах).
Наша задача за последний десяток лет состояла в том, а будет ли новый материал достаточно хорош в работе?
— Уолтер де Хир, профессор Georgia Tech.
Де Хир начал исследовать потенциал материалов на основе углерода в качестве полупроводников ещё в начале своего научного пути. На изучении графена он сосредоточился в 2001 году. И понял, что у того есть полезные для электроники свойства.
Их с коллегами питала надежда использовать для электроники такие особенности графена, как его чрезвычайная прочность, способность выдерживать очень большие токи без нагрева и разрушения.
Де Хир с сотрудниками достигли успеха, выяснив, как выращивать графен на пластинах карбида кремния в специальных печах. Так удалось получить эпитаксиальный (нарощенный слой за слоем) графен, представляющий собой сплошной материал. Учёные обнаружили, что при надлежащей технологии эпитаксиальный графен химически связывается с карбидом кремния, начиная проявлять полупроводниковые свойства.
Поняв, что они на верном пути, участники исследования в течение десятилетия совершенствовали материал в Georgia Tech. А затем начали сотрудничество с коллегами из Тяньцзиньского международного центра наночастиц и наносистем в КНР. Де Хир основал центр в 2014-м с Лей Ма, который стал там директором.
Изначально графен не относится ни к полупроводникам, ни к металлам, а проявляет свойства полуметалла. Но чтобы создать функциональный транзистор, команде учёных необходимо было измерять электронные свойства графена, не повреждая его.
Измерения показали, что подвижность у полупроводника из графена в 10 раз больше, чем у кремния. Иными словами, электроны движутся с очень низким сопротивлением, что способствует скорости вычислений. Материал на основе графена оказался более эффективным без сильного нагрева, при том обеспечивая более высокую скорость электронов.
Лей Ма прокомментировал, что давняя проблема графеновой электроники заключалась в отсутствии у графена нужной ширины запрещённой зоны, то есть он не мог включаться и выключаться должным образом. В течение долгих лет многие специалисты пробовали «расколоть» эту задачу разными способами.
Авторы открытия считают, что эпитаксиальный графен способен не только изменить всю сферу электроники, но и дать начало совершенно новым технологиям. Так, изобретение позволит задействовать квантово-механические волновые свойства электронов, что как раз необходимо для квантовых вычислений.
Де Хир сказал, что считает достижение путём к появлению нового поколения электроники. Если вспомнить, то до кремния использовались электронные лампы, а до того в ходу были провода и телеграф. То есть профессор рассматривает кремний лишь как один из многих этапов в истории электроники, а основой для следующего, возможно, уже становится графен.
- Дмитрий Ладыгин
- youtu.be/gWUX2OTqkEo
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Анализ ДНК с Туринской плащаницы сильно удивил ученых, точнее, даже озадачил
Эксперты говорят: выделить «геном Христа» вряд ли получится. И вообще, этот артефакт никогда не был в Святой Земле. Как же так?...
Припрятал сокровища, но был убит: историки раскрыли трагическую судьбу владельца богатейшего клада Москвы
Почему наследники так и не нашли это огромное состояние, хотя ходили по нему каждый день?...
Астронавт NASA внезапно потерял способность говорить в космосе, и врачи не знают почему
Эксперты говорят: инцидент на орбите может сильно не только космическую медицину, но вообще полеты на Луну и Марс...
ФСБ рассекретила документы по процессу 1950 года: за что судили немецких военных?
Почему информация 75 лет находилась под грифом «Совершенно секретно», а День Победы не праздновали до 1965 года?...
Советские МиГи… на самой секретной базе США: эта история стала публичной только в 2000-х годах
Эксперт рассказал, что делали самолеты из СССР в «Зоне-51» и почему американские военные зауважали русских конструкторов...
ЦРУ массово создавало зомби-убийц: новое расследование подтвердило это еще раз
Эксперт уверен: убийца Кеннеди и самый известный американский маньяк — это продукты тогдашних экспериментов над сознанием...
Тайна 12 000-летнего города у берегов США: ученый-любитель уверен, что нашел затонувший мегаполис неизвестной цивилизации
Кто победит: официальная наука или энтузиазм непрофессионала? Разбираемся в этой запутанной истории...
Пчелы стремительно исчезают в России: из-за чего так происходит и чем это грозит россиянам?
Почему ученые считают, что государство самоустранилось от решения данной проблемы?...
Тайну «проклятия фараонов» раскрыло письмо столетней давности
Открыватель гробницы Тутанхамона, археолог Говард Картер, прямо называл имя человека, который изобрел «сенсацию». В итоге потрясающее научное открытие...
«Боевые роботы» СССР на Зимней войне: как уникальные танки без экипажей вызывали ужас у финнов
Эксперты назвали главные причины, почему прорывной проект Остехбюро был закрыт...
Что не так с отстрелом бакланов на Байкале: почему иркутский биолог раскритиковал планы областной администрации?
Профессор Сергей Пыжьянов предупреждает: ответ, который может дать природа, сведет на нет все усилия человека. В итоге будет только хуже...