Следующий шаг в наноэлектронике — найти материал, который мог бы успешно заменить кремний. Одним из самых многообещающих кандидатов на эту роль видится эпитаксиальный графен.
Читайте также: Что такое NFC в телефоне и как пользоваться функцией для бесконтактной оплаты
Пределы производительности кремния
Мы уже не можем и дальше развивать технологии на основе кремния, так почти исчерпали его способность обрабатывать всё более быстрые вычисления, производимые нашей электроникой, и возможности миниатюризации структур.
Короче говоря, чтобы развивать нашу технологию дальше, нужно что-то, что может быть меньше и производить зарядку ещё быстрее. Этим возможно станет графен. К сожалению, недостатками этой концепции может быть вредность графена для человека и окружающей среды.
Но Уолтер де Хеер, профессор физики Технологического института Джорджии, решил изучать и развивать эту идею. Де Хир и коллеги разработали новую платформу наноэлектроники на основе графена.
Их технология совместима с традиционным производством микроэлектроники, что является необходимым условием для любых жизнеспособных альтернатив кремнию.
Электроника на основе эпиграфена
Более двадцати лет назад де Хеер предложил альтернативный вариант электроники на основе эпитаксиального графена (эпиграфена) — слоя графена, самопроизвольно образующегося поверх кристалла карбида кремния.
Этот полупроводник используется в производстве мощной электроники. Исследователи также обнаружили, что ток течёт почти без сопротивления по краю эпиграфена, а созданные с его помощью устройства можно соединять друг с другом без использования металлических проводов.
Теперь, спустя годы, процесс был улучшен. Для наноэлектронной платформы учёные создали модифицированную форму эпиграфена на кристаллической подложке из карбида кремния.
В сотрудничестве с китайскими партнёрами они изготовили уникальные чипы из кристаллов карбида кремния высокого качества. Исследователи использовали электронный луч для создания графеновых наноструктур и сварки их краёв с элементами карбида кремния.
Электрические заряды, которые команда наблюдала на краю подготовленного таким образом графена, были подобны фотонам, путешествующим по оптоволоконному кабелю. Они могут перемещаться на большие расстояния без рассеивания.
Заряды перемещались вдоль края на десятки тысяч нанометров без рассеивания. При этом предыдущие технологии рассеивали заряд из-за несовершенства структуры примерно через 10 нанометров.
Квазимолекула и миниатюризация
Есть большая вероятность, что учёные до сих пор наблюдали теоретическую квазичастицу в своих исследованиях.
В металлах электрический ток переносится отрицательно заряженными электронами. Но измерения показали, что в новой платформе на основе эпитаксиального графена краевые токи переносят не электроны, а положительные квазичастицы, у которых отсутствуют электроны.
Токи были перенесены необычной квазичастицей, которая не имеет ни заряда, ни энергии, но движется свободно. Её уникальные свойства указывают на то, что это может быть до сих пор неуловимый майорановский фермион (является собственной античастицей), предсказанный итальянским физиком-теоретиком Этторе Майораной в 1937 году.
По словам де Хеера, благодаря этим замечательным открытиям можно будет разработать первую функциональную электронику на основе графена через пять-десять лет.
Такие устройства будут гораздо более миниатюрными, и в то же время на порядки эффективнее используемых в настоящее время кремниевых структур.
С самого начала было ясно, что графен можно миниатюризовать в гораздо большей степени, чем кремний. Это позволит создавать устройства гораздо меньшего размера, работающие на более высоких скоростях и производящие гораздо меньше тепла. И означает, что на одном графеновом чипе можно разместить гораздо больше устройств, чем на кремнии.
Хотите первыми узнавать о Hi-Tech – ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА КАНАЛ
А также читайте самые свежие обзоры на нашем сайте – TehnObzor.RU
