среда

Электроника на основе графена переходит в третье измерение

Недавно в западных СМИ был широко разрекламирован чудо материал графен, представляющий собой модификацию хорошо знакомого углерода. Предполагалось, что графен сумеет заменить кремний в чипах (интегральных микросхемах) и станет основой для наноэлектроники. Но у графена оказалась одна серьезная проблема - слишком высокая для компьютерных чипов проводимость. В прошлом году ученые из университета Манчестера дали графену новое перспективное направление.

В феврале 2012 года в академическом журнале Американской ассоциации содействия развитию науки Science был опубликован результат исследования, проведенного группой ученых из Манчестерского университета (Манчестер, Северо-Западная Англия, Соединенное Королевство). Эту группу возглавили советский, нидерландский и британский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 2010 года, профессор  Андрей Гейм (Andre Geim), и российский и британский физик, лауреат Нобелевской премии по физике 2010 года, профессор Константин Новоселов (Konstantin Novoselov). Их совместная работа буквально открыла третье измерение в исследовании графена и показала транзистор, который может оказаться недостающим звеном для графена, чтобы стать заменителем кремния в чипах.

Графен - плоскость углерода толщиной в один атом - это замечательный материал с бесконечными уникальными свойствами, от электронных до химических и от оптических до механических.

Одной из многих возможностей для применения графена является его использование вместо кремния в качестве основного материала для компьютерных чипов. К этой потенциальной возможности с большим вниманием отнеслись крупные производители чипов, в частности компании IBM, Samsung, Texas Instruments и Intel. Отдельные транзисторы с очень высокой частотой (до 300 ГГц) уже были продемонстрированы несколькими группами по всему миру.

К сожалению, эти транзисторы не могут быть упакованы в плотный компьютерный чип, потому что они обладают слишком большим током утечки, даже в наиболее изолированном состоянии графена. Это электрический ток вызывает буквально таяние чипа в течение долей секунды.

Эта проблема существовала уже с 2004 года, когда манчестерские исследователи представили обнаруженный графен. С тех пор, несмотря на огромные всемирные усилия, никакого реального решения до недавнего времени не было предложено.

В прошлом году ученые Манчестерского университета предложили использовать графен не вбок (в плоскости), как во всех предыдущих исследованиях, но в вертикальном направлении. Они использовали графен в качестве электрода, из которого электроны прокладывают туннель через диэлектрик в другой металл. Это называется туннельным диодом.

Тогда они использовали по-настоящему уникальную особенность графена, что внешнее напряжение может сильно изменить энергию туннельных электронов. В результате они получили новый тип устройства - туннельный транзистор с эффектом вертикального поля, в котором графен является критическим компонентом.

Доктор Леонид Пономаренко, который возглавлял экспериментальные попытки, сказал в публикации, что их команда доказала концептуально новый подход к электронике на основе графена. По его словам, их транзисторы уже очень хорошо работают и они дальше могут быть улучшены, подстраиваясь под нанометровые размеры и работая на под-Терагерцевых (суб-ТГц) частотах.

Профессор Новоселов, в свою очередь добавил, что это новое перспективное направление в исследовании графена и шансы для развития электроники на основе графена никогда не выглядели лучше, чем сейчас.

Однако, одного графена не достаточно, чтобы сделать прорыв. К счастью для физиков, существует много других материалов, которые имеют толщину в один атом или в одну молекулу, и они были использованы в вспомогательных целях.

Команда из Манчестера сделала транзистор путем объединения графена вместе с атомными плоскостями нитрида бора и дисульфида молибдена. Транзисторы были собраны слой за слоем в желаемой последовательности, как слоеный пирог, но на атомном уровне.

Согласно публикации, такая надстройка в форме слоеного пирога не существует в природе. Это совершенно новая концепция, представленная в докладе исследователей из Манчестера. Сборка на атомном уровне предполагает много новых степеней функциональности, без которых туннельный транзистор будет невозможен.

Профессор Гейм пояснил в публикации, что демонстрация транзистора является важным моментом, но появление понятия сборки на атомном уровне, вероятно, является еще более важным событием. А профессор Новоселов добавил, что туннельный транзистор является лишь одним примером из неисчерпаемой коллекции слоистых структур, а также новых устройств, которые теперь могут быть созданы в процессе такой сборки.

По их мнению, это новое направление предлагает бесконечные возможности, как для фундаментальной физики, так и для приложений. Другие возможные примеры включают светоизлучающие диоды, фотоэлектрические устройства и так далее. 

Ссылки

Данная история основана на материала, предоставленных пресс-службой Манчестерского университета.The University of Manchester, Press Office. Graphene Electronics Moves Into a Third Dimension.
http://www.manchester.ac.uk/aboutus/news/display/?id=7915

Материалы могли быть отредактирована для содержания и длины текста. За дальнейшей информацией следует обращаться к первоисточнику.

YouTube Видео

Название: Будущее применение графена (Future Applications of Graphene)
Канал: Byung Hee Hong
Инфо: Графен можно использовать в качестве гибких и прозрачных электродов в будущем. Кредит Graphene Square Inc. и SNU graphene research laboratory (Южная Корея).