Исследователи из Технологического института Джорджии успешно разработали первый в мире функционирующий полупроводник на основе графена. Этот прорыв способен произвести революцию в области электроники, обеспечив ускорение традиционных компьютеров и проложив путь к будущим приложениям для квантовых вычислений.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, посвящено использованию возможностей эпитаксиального графена, представляющего собой кристаллическую структуру углерода, соединенного с карбидом кремния (SiC). Этот новый полупроводниковый материал, получивший название полупроводниковый эпитаксиальный графен (SEC) или сокращенно эпиграфен, обладает повышенной подвижностью электронов по сравнению с традиционным кремнием, позволяя электронам проходить с гораздо меньшим сопротивлением. В результате транзисторы, изготовленные на основе SEC, могут работать на терагерцовых частотах, обеспечивая скорость в десять раз выше, чем у транзисторов на основе кремния, которые сейчас используются в компьютерных чипах.
Разработка SEC объясняется модифицированной версией простой техники, известной уже более 50 лет. При нагревании карбида кремния до температуры свыше 1 000 градусов Цельсия кремний испаряется, оставляя после себя богатую углеродом поверхность, которая плавно переходит в графен. Этот недорогой и масштабируемый производственный процесс открывает путь к массовому производству полупроводников на основе SEC.
Хотя SEC открывает огромные перспективы для революции в электронике, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, сможет ли он превзойти возможности сверхпроводников — нынешней технологии, используемой в передовых квантовых компьютерах. Чтобы повысить совместимость SEC с традиционными полупроводниковыми процессами, исследовательская группа разрабатывает такие методы, как покрытие SEC нитридом бора. Этот защитный слой предохранит SEC от воздействия факторов окружающей среды и позволит легко интегрировать его в существующие производственные процессы.
По сравнению с коммерчески доступными графеновыми полевыми транзисторами (GFET), SEC обладает важнейшим преимуществом: он позволяет полностью выключать транзистор, что является критически важным требованием для цифровой электроники.