Что делает в транзисторах графен вместо кремния?

Графен известен СМИ как чудо-материал из-за его превосходных электрических, оптических и механических свойств. В последние годы он привлек множество ученых и большое количество исследовательских фондов. Открытие графена было удостоено Нобелевской премии по физике 2010 года. Однако недавно исследователи IBM заявили, что перспективы применения графена могут быть преувеличены, поскольку свойства самого графена создают некоторые препятствия для исследований графена.

«Вряд ли заменит Кремний».

Графен представляет собой двумерную сетчатую структуру, состоящую из однослойных атомов углерода, и является основной единицей, которая составляет другие аллотропы углерода. Теоретические исследования графена велись десятилетиями, но раньше никто не верил, что графен может быть стабильным. В 2004 году Джем, доктор Новоселов, профессор физики Манчестерского университета в Соединенном Королевстве, использовал обычную ленту, купленную в супермаркетах, для многократного удаления высоконаправленного пиролитического графита для получения стабильного графена. Открытие сразу привлекло внимание физиков, химиков и материаловедов и вызвало новую волну исследований углеродных материалов. В 2010 году Гейм и Новоселов были удостоены ежегодной Нобелевской премии по физике за открытие графена, и перспективы применения графена более многообещающие.

Поскольку материал для изготовления транзисторов является наиболее важным компонентом при применении графена, материалом, обычно используемым для изготовления транзисторов, является кремний, но когда размер затвора кристаллической трубки, изготовленного из кремния, составляет менее 5 нм, транзистор выйдет из строя, а графен не будет существовать. Такая проблема. Однако недавний ученый из IBM Ю-Минлин сказал, что графен вряд ли заменит кремний.

В начале 2010 года IBM опубликовала в журнале Science статью, в которой объявляла, что они использовали графеновые транзисторы для создания схем до 100 ГГц. Но Ю-Минлин начал рассказывать СМИ в 2011 году, что существует явная разница между транзисторами, которые они делают с графеном, и транзисторами, используемыми в процессоре. Графеновый транзистор не имеет энергетической щели и, следовательно, не может быть «полностью выключен», что означает утечку большего количества энергии и перегрев. Таким образом, перспектива полной замены кремния графеном менее перспективна, но Лин говорит, что графен и кремний могут дополнять друг друга, расширяя возможности компьютерных микросхем в виде гибридных схем.

В связи с этим, профессор Кан Feiyu кафедры материаловедения и инженерии Университета Цинхуа считает, что текущая проблема энергетической щели графена является спорным, а также исследования по изменению энергетической щели с помощью легирования технологии все еще продолжается.

Будущее бесконечно, и исследования транзисторов обеспокоены.

До открытия графена физическое сообщество считало, что термодинамические флуктуации не позволяют двумерным кристаллам существовать при конечных температурах. Однако открытие графена в то время оказало огромное влияние на физическое познание и сразу же было названо многообещающим приложением. Графен обладает очень хорошими характеристиками. Он имеет увеличенную удельную поверхность и хорошие механические свойства. Вдобавок графен имеет теплопроводность в 10 раз больше, чем медь; Его светопроницаемость хорошая, а коэффициент поглощения света составляет всего 2,3%; Он обладает множеством специфических свойств с точки зрения электрических и магнитных свойств, таких как квантовый эффект Холла при комнатной температуре, эффект биполярного электрического поля, ферромагнетизм, сверхпроводимость и высокая подвижность электронов. Эти превосходные качества делают графен перспективным для применения в транзисторах, солнечных элементах, суперконденсаторах, автоэлектронной эмиссии и носителях катализаторов.

В дополнение к вышеупомянутому альтернативному кремнию в качестве материала транзистора, графен также может использоваться в солнечных элементах. Важной частью солнечного элемента является оконный электрод. В настоящее время обычно используемым материалом оконного электрода является полупроводниковая прозрачная пленка из оксида индия и олова (ITO), но содержание индия на Земле ограничено, а ITO имеет плохую светопроницаемость в ближней инфракрасной области. И нестабилен в кислых условиях, он не способствует изготовлению гибких устройств, а графен считается подходящим материалом для замены ITO.

Кроме того, поскольку графен адсорбирует молекулы газа, его проводимость изменяется, поэтому графен можно использовать в качестве датчика газа, и это преимущество очевидно. Кроме того, с увеличением спроса на портативное электронное оборудование производительность суперконденсаторов сталкивается с проблемами. Поиск подходящих материалов для электродов - важный способ улучшить характеристики суперконденсаторов. Превосходные характеристики графена считаются идеальным материалом для электродов суперконденсатора.

У графена есть нечто большее. Доктор Гейм, однажды сравнивший графен с пластиком, считает, что из графена, как и из пластика, можно создавать самые разные материалы, которые можно будет применять во всех сферах жизни в будущем. Исследователи также обнаружили, что графен можно использовать в качестве повязок, упаковки для пищевых продуктов и даже антибактериальных футболок; Его также можно использовать для разработки и производства сверхлегких авиационных материалов толщиной с бумагу и сверхпрочных бронежилетов; Ученые даже связали свои мечты о строительстве космического лифта длиной 23000 миль на графене.

«Хотя графен имеет хорошие применения во многих областях, создание транзисторных устройств в качестве материала, заменяющего кремний, является важной частью ожиданий ученых и одной из областей, которым уделяется наибольшее внимание», - заместитель научного сотрудника Гохайминь из Института физики им. Китайская академия наук сообщила «Путеводителю по науке и технологиям».

Область транзисторов сталкивается с трудностями.

Хотя средства массовой информации и некоторые ученые были взволнованы открытием графена в последние годы, многие исследователи по-прежнему проявляют осторожность и считают, что будущее применения графена может быть несколько оптимистичным, потому что графен действительно находится в области транзисторов. Трудности.

Канфэйю, исследователь, сказал Science Guide, что, по его мнению, графен еще далек от использования. Поскольку графен имеет только один слой атомов углерода, очень сложно приготовить графеновую мембрану, которая не была бы дефектной для промышленного применения. Кроме того, графен необходимо комбинировать с другими материалами. Много исследований и изысканий.

Доктор Цуй Тунсян, факультет материаловедения и инженерии Университета Цинхуа, сообщил репортерам, что графен является монокристаллическим материалом, но он часто накладывается на поликристаллический материал в приложении, и поликристаллический материал не способствует переносу электронов из-за наличие границ зерен. Это стало дефицитом графена.

Гуохаймин, младший научный сотрудник, рассказал технологическому руководству, что применение графена в транзисторах или наноразмерных устройствах в настоящее время сталкивается со многими трудностями и проблемами, что неудивительно, помимо проблем с энергетическим зазором, существуют также проблемы технологического процесса. Например, большие области подготовки высококачественного графена, контроль пошива границ, сборка устройств и т. Д., Но, как и любой новой вещи, графену нужно время и уверенность, проблема всегда будет решена со временем, по крайней мере, чтобы принести нам Некоторые новые методы и идеи. Гуохаймин также сказал, что даже без рассмотрения будущих приложений, графен, как идеальный двухмерный однослойный атомно-кристаллический материал, обладает рядом удивительных специфических электронных и физических свойств, в которые стоит инвестировать.

Страница содержит содержимое машинного перевода.