Pirmasis veikiantis grafeno puslaidininkis – Moore'o dėsnio reanimacija ar eutanazija? (Video)

Veikiantis, turintis išplėtimo galimybę puslaidininkis iš grafeno buvo sukurtas pirmą kartą, ir potencialiai tai atveria kelia naujam kompiuterių tipui, lenkiančiam dabartinius silicio lustus sparta ir efektyvumu.

Grafenas yra vieno anglies atomo storio medžiaga, kuri stipresnė už tokio paties storio plieną. Grafenas puikiai praleidžia elektrą ir itin atsparus karščiui ir rūgštims. Bet nepaisant privalumų, veikiančio grafeno puslaidininkio, kurio laidumą būtų galima kontroliuoti, mokslininkams nepavykdavo. Iš tokių puslaidininkių kuriami loginiai kompiuterių lustai.

Problema buvo tai, kad grafene nėra draudžiamosios juostos. Puslaidininkiai turi didesnė ir mažesnės energijos juostas ir „draudžiamąją juostą“, kurioje sužadinti elektronai gali peršokti iš vienos į kitą. Taip galima įjungti ir išjungti elektros srovę, kad elementas būtų laidus elektrai arba nelaidus, taip sukuriant dvejetainę nulių ir vienetų sistemą, kuri naudojama skaitmeniniuose kompiuteriuose.

Nors ankstesni tyrimai rodė, kad nedideliu masteliu grafeną galima paversti puslaidininkiu, tai niekada nebuvo atlikta tokiu mastu, kad būtų praktiška kurti kompiuterių lustus. Ankstesnis darbas rodė, kad grafeno lakšto raukšlės, kupolai ir skylės gali įdomiai veikti elektros srovę ir taip galima gaminti loginius elementus, sukuriant atitinkamus netobulumų peizažus. Bet lig šiol nieko plačiau vystoma nebuvo.

Now, Walter de Heer iš Georgia Tech Atlantoje su kolegomis sukūrė draudžiamąją juostą turinį grafeną ir netgi pademonstravo veikiantį tranzistorių, jungtuką, praleidžiantį elektros srovę arba ne. Jų procesą turėtų būti paprasčiau išplėsti, nes jis pagrįstas technikomis, panašiomis į naudojamas kuriant silicio lustus.

De Heer’o grupė naudojo silicio karbido plokšteles, kurias kaitinant, iš pradžių išgaruoja silicis ir paviršiuje lieka grafeno sluoksnis. Rašant straipsnį, de Heeras interviu duoti negalėjo, bet pranešime sakė, kad grafeno puslaidininkio elektrinės savybės daug geresnės už silicio lustų. „Tai lyg važiavimo autostrada palyginimas su važiavimu žvyrkeliu,“ sakė jis.

Silicio lustų gamyba pigi ir ją palaiko gigantiška pasaulinė gamybos infrastruktūra, bet artėjame prie šių lustų galimybių ribos. Moore’o dėsnis prognozuoja tranzistorių skaičiaus padvigubėjimą lustuose maždaug kas dvejus metus, bet miniatiūrizacijos tempas pastaraisiais metais sulėtėjo, nes inžinieriai pasiekė tokį tranzistorių tankį luste, kad patikimas elektronų valdymas jai tampa nebegalimas. Grafeno elementai šį procesą galėtų pagyvinti, bet dar ne visi sunkumai įveikti.

„Tai, kad jie naudoja plokšteles išties svarbu, nes tai tikrai galima išplėsti,“ sako David Carey Surrey universiteto, JK. „Galima pasinaudoti visa puslaidininkių pramonės technologija ir visiškai patogiai procesą išplėsti.“

Bet greitą pasaulio perėjimą nuo silicio prie grafeno lustų Carey vertina skeptiškai – tiek dėl to, kad reikia daug derinti tranzistorių dydžius, kokybę ir gamybis technologijas, tiek ir dėl to, kad silicis jau yra taip toli pažengęs.

„Daugelis su siliciu dirbančių žmonių kasdien bombarduojami naujomis, nuostabiomis medžiagomis, turinčiomis pakeisti silicį ir to tai ir neįvyko,“ sako jis. „Jei esate žmogus, dirbantis su siliciu, gan ramiai sėdite kalno viršūnėje. Idėja, kad ketinu pakeisti savo nešiojamąjį kompiuterį grafenu dar nevisai subrendusi.“

Matthew Sparkes
www.newscientist.com

Žurnalo nuoroda:Nature DOI: 10.1038/s41586-023-06811-0