Феномен падіння напруги в графені можна використовувати як штучну забороняє зону

На відміну від звичайних напівпровідників, графенові неможливо вимкнути, і ця проблема зараз значно обмежує можливості по використанню графена в чіпах майбутнього. Втім, зараз фахівці вважають, що знайшли вихід із ситуації.

За словами вчених, зараз сучасні транзистори ще мають певний доробок в плані скорочення їх розмірів, проте більшість дослідників сходяться в думці, згідно з яким, приблизно до 2025 року технології дійшли до тієї стадії, коли подальше скорочення розмірів транзисторів буде неможливо фізично. Велике питання полягає в тому, хто зможе замінити їх.

Одним з таких кандидатів є графен, який вже на сьогоднішній день знайшов безліч форм застосування, В минулому році одна з груп вчених розробила графеновий транзистор, який працював на частоті 427 ГГц. Тому багато хто вважають, що графен – це найбільш ймовірна заміна для сучасних кремнієвих транзисторів.

Втім, у графену є багато особливостей і деякі з них роблять складним застосування цього матеріалу в чіпах. Одна з таких проблем – це проблема відсутності “дірки”, тобто тут немає енергетичного диференціала, який би міг замикати або відмикати електрони. Простіше кажучи, як транзистор двомірний графен неможливо “вимкнути”, а це значна проблема для чіпів.

Власне рішення даної проблеми запропонували фізики з Університету Каліфорнії в Ріверсайді. Вони придумали, як можна змусити графен без диференціала станів виробляти так необхідні в чіпах перемикання. Правда, для цього дослідникам довелося змінити концептуальну модель. “Будь-який твердий матеріал має свої характерні смуги енергії, в яких електрони протікають у формі провідника або запобігають струм, формуючи ізолятор. В напівпровіднику електрони не можуть протікати при низькій енергії і тому матеріал поводиться як діелектрик. Тим не менш, відносно невелика кількість енергії здатне проштовхувати невелику кількість електронів в так звану зону провідності, де вони вільно протікають “, – кажуть фахівці.

Енергетичний диференціал між ізолюючим і проводять станами в забороненій зоні і можливість перемикатися між одним станом і іншим є визначальною характеристикою транзистора.

Проблема з графеном полягає в тому, що він не має забороненої зони – електрони тут можуть протікати в будь-якому енергетичному стані. Таким чином, одним з рішень проблеми є створення штучної забороненої зони з застосуванням електричних полів, легуванням атомів або за рахунок розтягування і стиснення матеріалів.

Вчені кажуть, що практичні цифрові схеми вимагають наявності забороненої зони приблизно в 1 ев при кімнатній температурі. Однак навіть найкращі графенові транзистори не можуть створювати таку заборонену зону і розсіюють енергію подібно воді, утекающий через сито.

Зараз дослідники придумали новий підхід: вони не пропонують створити штучну заборонену зону, яка зробить графен більш схожим на кремній, а замість цього запропонували використовувати так зване негативне опір для створення транзисторів з функцією включення/вимикання.

Від’ємний опір – це нелогічне явище, при якому струм, що надходить в матеріал знижує напругу. Раніше було встановлено, що графен демонструє негативне опір в певних обставинах. Згодом вчені заявили, що феномен падіння напруги можна використовувати як штучну забороняє зону.

Більш того, фахівці говорять, що їм вже вдалося створити найпростішу схему з декількох графенових транзисторів для перевірки гіпотези. Тестові версії графенових транзисторів працювали на частоті до 400 ГГц. “Все це на порядок краще кремнію, це набагато вище, ніж у всіх сучасних чіпів і у чіпів, які з’являться в найближчі 5-7 років”, – кажуть розробники.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *