Сверхбыстрый силиценовый транзистор продемонстрировал себя в действии
Двухмерных материалов физики создали уже немало, однако мало кто из этих пластов толщиной в один атом также широко известен как "чудо-материал" графен. Соты из углерода могут стать основой высокотехнологичных пуленепробиваемых покрытий будущего.
В 2010 году материаловеды получили аналог графена силицен. Этот материал представляет собой структурный аналог графена, только вместо углеродных сот у него соты из атомов кремния. Толщина материала также равна всего одному атому.
Силицен обладает выдающимися электрическими свойствами, однако это также означает, что работать с ним крайне непросто. В 2015 году учёные нашли способ конструировать из силицена транзисторы.
Ведущий автор нового исследования Деджи Акинванд (Deji Akinwande), компьютерный инженер из Техасского университета в Остине, разработал новую методику работы с силиценом, чтобы иметь возможность изготовить из него настоящий транзистор. В своей статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, автор отмечает, что силиценовые транзисторы способны переключаться с рекордной скоростью.
"Преимущество силицена перед тем же графеном в моей сфере исследований заключается в том, что инженеры и так привыкли использовать кремний и работать с ним. Если мы докажем его работоспособность, то силиценовые транзисторы сразу же смогут быть внедрены в полупроводниковую промышленность", — поясняет Акинванд.
Поясним, что дело тут не только в привычке. Транзисторы на основе кремния могут быть быстрее внедрены в производство по той простой причине, что переход от кремния к силицену технически будет осуществить гораздо проще.
Теоретические расчёты, произведённые за несколько лет до данного исследования, показали, что электрические свойства силицена должны не уступать свойствам самого графена. То есть электроны, путешествующие сквозь графеновую или силиценовую схему в любом направлении, должны почти не встречать на своём пути никаких препятствий. Отсутствие сопротивления обеспечит сверхбыструю работу электронных схем, предположили учёные.
Однако, в отличие от графена, силицен не встречается в природе. Для его получения химики выращивают материал в лаборатории на листе серебра. Углерод к тому же более стабилен в двухмерном пласте, тогда как атомы кремния деформируют структуру. На сегодняшний день лишь немногим материаловедам удалось получить силицен в лаборатории (в 2010-м и 2012-м годах).
Но даже получение материала ещё не означает, что его можно использовать по своему усмотрению. Нестабильность силицена заставляет делать для него защитное покрытие.
Акинванд и его коллеги вырастили силицен на тонкой плёнке из серебра и покрыли его оксидом алюминия. После получения этого "бутерброда", всю конструкцию перевернули и поместили на пластину из диоксида кремния (серебряной стороной вверх).
Затем серебряный слой обработали таким образом, чтобы сделать из него электрические контакты для силиценового транзистора. После завершения работы над устройством исследователи заключили, что оно может стабильно работать в условиях вакуума.
На данный момент изготовления силицена и конструирование из него транзисторов по методу Акинванда нецелесообразно. Технология получения материала является сложной и дорогостоящей, и потому её нельзя назвать коммерчески выгодной.
Однако эта работа демонстрирует возможности полевого транзистора на основе силицена, работающего при комнатной температуре. В статье журнала Nature Nanotechnology учёные описывают измеренные свойства полученного устройства.
Силицен, скорее всего, не заменит обычный кремний в компьютерных транзисторах в будущем, но он точно добавит функциональности чипам на его основе, делают вывод эксперты.
