Учени изобретиха първия функционален полупроводник от графен

Учени от Технологичния институт в Джорджия твърдят, че са създали “първия в света функционален полупроводник, направен от графен”. Създаденият от тях епитаксиален графен е съвместим с традиционните методи за производство на микроелектроника, което го прави жизнеспособна алтернатива на силиция.

Експертите в областта на технологиите постоянно подчертават необходимостта от запазване на закона на Мур, когато става въпрос за производство на електроника. Въпреки това едно от основните предизвикателства пред тези, които движат напред индустрията за производство на полупроводници, е, че физическите свойства на силиция се приближават до своите граници.

Графенът, от друга страна, след откриването му през 2004 г. непрекъснато се рекламира като чудодеен материал, който ще реши всички проблеми, свързани с бъдещото производство на полупроводници. Въпреки това опитите за използването му все още не са допринесли за значителен или широко разпространен технологичен пробив. Изследователите от Технологичния институт в Джорджия обаче изглежда са направили значителна крачка напред в това отношение, като са комбинирали пречистен епитаксиален графен със силициев карбид като част от полупроводник.

Изследването се провежда от екип учени от САЩ и Китай, ръководен от Валтер де Хеер, професор по физика в Технологичния институт на Джорджия. Де Хеер работи върху 2D-графиновите технологии от началото на 2000-те години.

“Бяхме мотивирани от надеждата да включим три специални свойства на графена в електрониката. Той е изключително здрав материал, който може да издържа на много високи токове, без да се нагорещи или разруши” – коментира ученият.

Въпреки тези три свойства обаче досега липсваше ключова полупроводникова характеристика в материалите на основата на графен. “Дългогодишен проблем в графеновата електроника е, че графенът няма подходяща забранена лента и не може да се включва и изключва, т.е. да преминава от едно състояние в друго, с подходящо съотношение” – отбелязва експертът по наночастици и наносистеми д-р Лей Ма, колега на де Хеер от Международния център на Университета в Тиендзин, който е и съавтор на статията “Ultrahighly mobile semiconductor epitaxial graphene on silicon carbide”, публикувана в Nature.

Изследователите обясняват, че са открили начин за отглеждане на графен върху пластини от силициев карбид с помощта на специализирани пещи, като в крайна сметка се получава епитаксиален графен в комбинация със силициев карбид.

Според официалния блог на Технологичния институт в Джорджия усъвършенстването на материала е отнело десетилетие. Настоящите му тестове показват, че полупроводниковият материал на основата на графен показва десет пъти по-голяма подвижност на електроните от силиция. “С други думи, електроните в материала се движат с много ниско съпротивление, което в електрониката води до по-бързи изчисления” – се обяснява в прессъобщението на института.

Де Хеер обяснява привлекателните свойства на електрониката на основата на графен с по-прости думи: “Това е като да се движиш по магистрала вместо по път с чакъл. Материалът на основата на графен е по-ефективен, не се нагрява толкова много и позволява на електроните да се движат с по-висока скорост.”

Според учените техният епитаксиален графен, комбиниран със силициев карбид, е много по-добър от всеки друг 2D полупроводник в процес на разработка. Професор де Хеер определи пробива на изследователския си екип в областта на полупроводниковите материали като “моментът на братята Райт” и също така изтъкна съвместимостта на материала с квантовомеханичните вълнови свойства на електроните. С други думи, той би могъл да играе важна роля в бъдещия напредък в областта на квантовите компютри.