Графеновые полупроводники могут произвести революцию в электронике и вычислительной технике

цифровой двойник, мозг, цифровой близнец
Исследователи создали первый в мире функциональный полупроводник из графена. Технологический институт Джорджии

 

Полупроводники являются основными компонентами электронных устройств и проявляют электропроводность в определенных условиях. Классические чипы используют электричество, протекающее через кремниевые переключатели, для получения единиц и нулей, также известных как биты. Но на сегодняшний день кремниевые полупроводники достигают предела своих возможностей. Кроме того кремниевая электроника требует довольно большой мощности и энергии, включая энергию, необходимую для охлаждения электроники.

 

Возможность сохранить исключительное быстродействие графена, а также эффективность проводимости электронов, не требуя большого количества энергии, открывает огромный потенциал для его использования при создании «за пределами кремния» электроники, где компьютеры работают быстрее и используют меньше энергии для работы.

 

Но хотя графен и обладает несколькими исключительными характеристиками, однако из-за отсутствия значительной запрещенной зоны его использование в качестве электронного материала для полупроводниковых приложений является одной из самых серьезных проблем. Ведь ширина запрещенной зоны — это важнейшее электронное свойство, позволяющее полупроводникам включаться и выключаться. А графен по своей сути является полуметаллом или полупроводником с нулевой запрещенной зоной.

 

Ученые неоднократно прогнозировали, что решение по преодолению ограничений запрещенной зоны графена будет реализовано в ближайшем будущем и в этом случае графен сможет заменить кремний в качестве основного полупроводникового материала в электронике, которая требует высокой скорости, низких потерь, небольшого масштаба и гибкости.

 

Прорывное открытие Технологического института Джорджии позволит использовать новый способ создания электроники в то время, когда кремний, материал, из которого изготавливается почти вся современная электроника, достигает своего предела в условиях все более быстрых вычислений и небольших электронных устройств. Согласно пресс-релизу, новый полупроводник совместим с традиционными методами обработки микроэлектроники и имеет потенциал стать реальной заменой кремния в ближайшие годы, поскольку он чрезвычайно прочный, имеет подвижность превышающую подвижность кремния в десять раз, а также обладает уникальными свойствами, недоступными у кремния. Высокая подвижность означает, что электроны движутся с очень низким сопротивлением, что в электронике приводит к более быстрым вычислениям.

цифровой двойник, мозг, цифровой близнец
Первый функциональный полупроводник из графена открывает путь к гораздо более быстрым и энергоэффективным электронным устройствам. Фотография: Imaginechina-Tuchong/imago images

Команда исследователей придумала, как выращивать графен на специальных чипах из карбида кремния с использованием специальных печей. Они получили эпитаксиальный графен, который представляет собой один слой, растущий на кристаллической грани карбида кремния. Исследование заняло 10 лет, потраченных на совершенствование материалов и изменения химических свойств, пока не добилась идеальной структуры.

 

Эксперты заявляют, что эта инновация имеет огромный потенциал для электронной промышленности, поскольку может позволить создать новые графеновые полупроводники, которые намного мощнее, но потребляют меньше энергии, чем их кремниевые аналоги.