Krzem o grubości atomu sprawia, że ​​tranzystory są szalenie szybkie

Egzotyczna, ale trudna w użyciu nowa forma krzemu jest postrzegana jako sposób na zbudowanie znacznie szybszych chipów komputerowych. A teraz ci, którzy widzą jego potencjał, mogą odnieść niewielkie zwycięstwo, robiąc z tego pierwsze tranzystory.

Obraz silikonu ze skaningowego mikroskopu tunelowego.

Materiał, o którym mowa, zwany silicenem, składa się z warstw krzemu o grubości zaledwie jednego atomu. Ta struktura nadaje materiałowi fantastyczne właściwości elektryczne, ale oznacza również, że jest diabelnie trudna w produkcji i pracy. Nawet testowanie jego podstawowych właściwości w laboratorium okazało się trudne.

Ale już Deji Akinwande , inżynier komputerowy z University of Texas w Austin, odkrył, jak pracować z uporczywym materiałem na tyle dobrze, aby stworzyć pierwsze tranzystory silikonowe. Jego pierwsze w swoim rodzaju urządzenia są dziś opisane w czasopiśmie Natura Nanotechnologia , i spełniają obietnicę silicene, zmieniając się z niezwykłą szybkością.

Inny materiał o grubości atomu, grafen, który jest wytwarzany z węgla, zyskał w ostatnich latach uwagę ze względu na swoje właściwości elektryczne. Jak mówi Akinwande, urok silikonu polega na tym, że jest on wytwarzany z materiału, na którym zbudowano Dolinę Krzemową. Teoretycznie twórcom chipów powinno być łatwiej pracować niż z nowym materiałem. Akinwande mówi, że jeśli uda nam się uzyskać z tego dobre właściwości, może to zostać natychmiast przełożone przez przemysł półprzewodników.

W 2007, Lok Lew Yan Voon , fizyk z Citadel Military College w Południowej Karolinie, który opublikował niektóre z pierwszych prac teoretycznych na temat silicenu, obliczył, że właściwości elektryczne materiału powinny być podobne do właściwości grafenu. Teoretycznie elektrony mogą przepływać zarówno przez grafen, jak i silicen, nie napotykając tak wielu przeszkód, umożliwiając bardzo szybkie obwody.

Jednak w przeciwieństwie do grafenu, silicen nie występuje naturalnie. Musi być wyhodowany w laboratorium na srebrnej blasze. Węgiel jest również bardziej stabilny w swojej dwuwymiarowej postaci, podczas gdy atomy krzemu są w tej formie obciążone. Do tej pory tylko garstce grup udało się wyprodukować silicene w laboratorium. Jedna grupa we Francji wyhodowała wstęgę materiału w nanoskali w 2010 roku. Kilku innym udało się wyprodukować materiał w 2012 roku.

Po wytworzeniu silicenu jego niestabilność oznacza, że ​​należy go chronić, a to utrudnia pracę. Akinwande znalazł sposób na obejście tego problemu poprzez hodowanie silicenu na cienkiej warstwie srebra pokrytej tlenkiem glinu. Całość jest następnie odrywana, a następnie umieszczana na wafelku z dwutlenku krzemu srebrną stroną do góry. Wreszcie srebro jest wzorowane, aby utworzyć styki elektryczne dla tranzystora. Gotowe urządzenie jest stabilne w warunkach próżni.

Może się to okazać niepraktyczne z komercyjnego punktu widzenia, ale jest to ważna pierwsza demonstracja, mówi Lok. Wydajność tranzystorów jest również zgodna z teoretycznymi przewidywaniami dotyczącymi szybkiej autostrady dla elektronów w silicene. Udało im się zrobić to, co wielu ludzi próbowało zrobić, mówi.

Ta demonstracja jest szczególnie ważna, ponieważ istnieje sceptycyzm co do potencjału silicenu, mówi Patrick Vogt , naukowiec z Technische Universität Berlin i jeden z nielicznych badaczy, którym udało się wyhodować materiał. Vogt pracuje obecnie nad nowymi metodami jego wytwarzania.

Fengnian Xia, inżynier elektryk z Uniwersytetu Yale, który opracowuje elektronikę opartą na grafenie, fosforenie i innych dwuwymiarowych materiałach, można uznać za jednego ze sceptyków. Twierdzi, że wyniki dotyczące tranzystorów zgłoszone przez grupę z Teksasu wyglądają dobrze i stanowią duży postęp naukowy. Ale jeśli chodzi o komercyjny potencjał silicenu, Xia mówi, że nie jest przekonany, że łatwiej będzie go skomercjalizować niż grafen, ani że może zrobić wszystko, czego grafen nie potrafi.

Vogt mówi, że silicene prawdopodobnie nie zastąpi całkowicie krzemu, ale może dodać nowe funkcje do dzisiejszych chipów. To pokazuje, że naprawdę można coś zrobić z silicenem, mówi.

ukryć