211service.com
Lepší grafenové tranzistory
Výzkumníci IBM objevili způsob, jak výrazně zlepšit výkon tranzistorů vyrobených z desek dvourozměrného uhlíkového materiálu grafenu: skládají je na sebe. Položením dvou vrstev grafenu na sebe zjistili, že dokážou snížit elektrický šum zařízení o faktor 10.
Dvojpatrový autobus: Výzkumníci IBM zjistili, že mohou výrazně snížit hluk v grafenových zařízeních tím, že naskládají dvě vrstvy dohromady. Zde je šum produkovaný jednou vrstvou grafenu (vlevo) porovnán s hlukem ze dvou vrstev (vpravo).
Zjištění by mohla pomoci realizovat čipy na bázi grafenu, které běží rychleji, jsou kompaktnější a spotřebovávají méně energie než dnešní křemíkové čipy, říká Yu-Ming Lin , vědec v Výzkumné centrum IBM T. J. Watson , v Yorktown Heights, NY. Výzkumníci IBM také zkoumají další slibné nástupce křemíku, jako jsou uhlíkové nanotrubice podobné grafenu. Grafen, který je vyroben výhradně z atomů uhlíku uspořádaných do voštinové struktury o tloušťce jednoho atomu, má řadu vlastností, které jej činí atraktivním pro elektroniku, zejména pro tranzistory, které produkují vysokofrekvenční signály. Ale tranzistory vytvořené z tohoto materiálu byly sužovány šumem, takže signály, které produkují, jsou méně než ideální pro komunikaci. Objev výzkumníků by mohl pomoci k tomu, aby byly grafenové tranzistory praktické.
Polovodičový průmysl velmi intenzivně hledá nové materiály, které by mohly překonat křemík, říká Lin. Grafen je jedním z hlavních kandidátů, říká, protože pro dané napětí může grafen přenášet mnohem vyšší proud, protože elektrony se prostě pohybují rychleji v grafenu než v křemíku.
Tato vylepšená mobilita elektronů, typicky kdekoli od 50 do 500krát rychlejší než křemík, umožňuje zpracovat více informací s menším výkonem, což umožňuje extrémně vysoké rychlosti přepínání. Grafen lze také potenciálně řezat na velikosti mnohem menší než křemík, což umožňuje kompaktnější tranzistory a čipy.
Ale výroba malých praktických zařízení z grafenu představuje vážnou výzvu, říká Pablo Jarillo-Herrero , výzkumník grafenu na MIT. Jedním z hlavních problémů, jak se zařízení zmenšují a zmenšují, je, že hluk se zvětšuje a zvětšuje, říká. Je to proto, že drobné proudy protékající zařízeními jsou stále citlivější na vlivy prostředí. Například nabité částice v substrátu v blízkosti zařízení mohou mít vliv na proud protékající grafenem. To může působit jako překážka toku proudu, což způsobí, že se odkloní a zkomolí produkovaný signál.
Ale Lin pracuje se svým kolegou Phaedon Avouris , zjistili, že umístění dvou vrstev grafenu, jedné na druhou, má neočekávanou vlastnost významně snížit tento problém. Výsledky jsou zveřejněny v posledním čísle časopisu Nano dopisy .
Lin vytváří grafenové vrstvy pomocí běžného a překvapivě nenáročného přístupu, známého jako mechanická exfoliace. Vezmeme kousek skotské pásky a sloupneme vrstvu z kousku grafitu, říká Lin. Struktura grafitu je v podstatě stejná jako struktura velké vrstvy grafenu a atomy uhlíku mají přirozenou tendenci chtít zůstat v těchto vrstvách. Takže normálně jen opakujeme proces, dokud nakonec nebudeme mít jedinou vrstvu, říká.
Při umístění mezi dvě elektrody na oxidovém substrátu tvoří toto uspořádání tranzistor s efektem pole, základní stavební blok čipů. Stejný přístup je použit u dvouvrstvého tranzistoru, pouze proces exfoliace je mírně zkrácen, přičemž konečný počet vrstev grafenu je určen pomocí mikroskopie atomárních sil. Obě vrstvy si zachovávají své požadované vlastnosti s vysokou mobilitou elektronů. Ale nyní proudy procházející oběma vrstvami se spojují, takže každý elektron je spárován s kladným nábojem, což jej účinně udržuje v kurzu, říká Lin. Pár odolává vychýlení náhodnými kladnými a zápornými náboji v materiálech.
Zatímco snížení šumu v grafenových tranzistorech je důležitým krokem, je třeba překonat další překážky, jako je hledání způsobů, jak vyrábět vysoce výkonné grafenové tranzistory ve velkém počtu, než budou taková zařízení připravena pro komercializaci.