Изобретен чип будущего?

 Исследователи создали самый маленький транзистор в мире – толщиной всего в 1 (один!) атом и шириной в 10 атомов – из материала, который может однажды заменить кремний.

Транзистор, а по существу, это просто переключатель («вкл.»/»выкл.») сделан из графина, двухмерного материала, впервые открытого лишь четыре года тому назад.

Графин – это отдельный слой графита, который можно найти в любом карандаше.

Напомним, что транзистор – основной «кирпичик» для создания микрочипов и основа для почти всей электроники.

Доктор Костя Новоселов (Kostya Novoselov) и профессор Андрэ Гайм (Andre Geim) из Школы физики и астрономии при университете Манчестера (The School of Physics and Astronomy at The University of Manchester) проводят исследование по возможному применению графина в электронике. Они были первые, кто отделил слой материала от графита.

Суперматериал

Графен воспринимается как суперматериал, в связи с возможностями его применения во многих областях. Он представляет собой плоский молекулярный слой толщиной всего в один атом, но обладает стабильностью.

Исследователи также подумывают о его использовании в технологиях создания дисплеев (из-за его прозрачности).

Ученые из Манчестера продемонстрировали, что из графина можно создавать крошечные электронные цепи с индивидуальными транзисторами не намного большими, чем размер молекулы.

Д-р Новоселов в интервью BBC News рассказал, что у графина есть множество преимуществ над кремнием из-за его способности проводить электричество быстрее. «Такие транзисторы будут работать и работать при комнатной температуре, а именно это и требуется для современной электроники» — сказал он. Д-р Новоселов отметил, что графин является «прекрасным проводником», что делает его совершенным материалом для электронных чипов. «Он уже превосходит кремний по многим параметрам и сравним с лучшими образцами других материалов». «Мы полагаем, что десятикратно увеличим мобильность электронов» — уверены ученые.

Именно из-за того, что графин – отличный проводник электрического тока в настоящее время он изучается многими исследователями полупроводников. В отличие от кремния графиновые транзисторы имеют лучшую производительность, чем меньше они становятся.

Утечка электричества

Глобальный полупроводниковый бизнес в настоящее время построен в буквальном смысле «на песке» — микрочипы штампуются из больших кремниевых подложек.

Компании типа Intel имеют своеобразную «дорожную карту» для снижения размера электронных цепей на кремниевой подложке до приблизительно 10 нанометров, что в 10000 меньше толщины человеческого волоса.

Многие исследователи полагают, что производство сетей менее 10 нанометров в кремнии будет чересчур трудным, потому что при таких размерах наблюдается утечка электричества. Ожидается, что к 2020 году возможности кремниевых чипов будут полностью исчерпаны, поэтому поиск альтернативных материалов становится весьма выгодным.

Создание графиновых пластин достаточно большого размера для использования в качестве подложек для производства чипов остается самым большим препятствием, по мнению д-ра Новоселова. «Мы можем контролировать срезы до 20 нанометров, а затем, когда нам требуется толщина в один нанометр, мы полагаемся на удачу». «Выход рабочих образцов составляет около 50%».

Следует сказать, что многие исследователи по всем миру работают над созданием больших подложек графина.

Для производства микрочипов подложки должны достигать нескольких дюймов в диаметре. Пока что максимальный размер составляет 100 микронов, всего лишь одну десятую миллиметра.

«Однако я действительно верю, что мы-таки найдем технологию, чтобы делать это. А когда мы найдем, кремний будет заменен графином» — утверждает д-р Новоселов.

Профессор Боб Вестервелт (Bob Westervelt) в своей оценке данного материала и его будущего применения пишет в журнале Science: «Графин – это впечатляющий новый материал с необычными свойствами. Он имеет большие перспективы в наноэлектронике. Будущее будет очень интересным».

А д-р Новоселов дополняет коллегу: «Учитывая то, что мы получили впервые данный материал четыре года назад, мы уверенно прогрессируем».

Он заявляет, что процесс использования графина для создания цепей в большой степени совместим с кремниевой технологией. «К настоящему моменту мы делаем такие же шаги, какие в свое время делались кремниевой промышленностью, поэтому, как только у нас будут большие подложки из графина, можно будет использовать тот же самый производственный процесс». Однако, может пройти еще 10 лет перед тем, как появятся первые интегрированные цепи на графиновых чипах.

Сжатые сроки

В более короткие сроки графин можно будет использовать в LCD-дисплеях, чтобы заместить материалы, применяемые для создания прозрачных проводящих покрытий.

«Компьютерный экран зависит от хороших прозрачных проводников, однако нынешние материалы – дорогие и их тяжело производить. Толщина графина – всего один атом, таким образом, он абсолютно прозрачен, это действительно прекрасный проводник. Мы предлагаем применять его в качестве прозрачного проводника, используя тонкие проводящие слои из графина воедино».

Данный материал сейчас рассматривается для использования в солнечных панелях, прозрачных покрытиях для окон, а также в сенсорных технологиях.

Д-р Костя Новоселов и профессор Андрэ Гайм из школы физики и астрономии при университете Манчестера представили свое открытие в последнем номере (от 17 апреля) журнала Science .

 

ВВС