2D Materiály by Mohly Nahradit Křemík v Elektronice Nové Generace

Silicon, surovina, která podporuje elektronický průmysl za posledních šest desetiletí, je na konci své životnosti. Je zapotřebí nový materiál pro elektroniku a mohl by to být 2D nanomateriál ve formě antimonu.

Potřeba nové látky pro elektronická zařízení nové generace je založena na základním principu fungování tranzistorů, což je funkce, kterou Mooreův zákon stále více omezuje.

Technologická Recenze to vysvětluje následovně; „Mooreův zákon je pojmenován po spoluzakladateli Intelu Gordonovi Moorovi. V roce 1965 pozoroval, že tranzistory se zmenšují tak rychle, že se každý rok na čip může vměstnat dvakrát tolik a od roku 1975 se tempo zdvojnásobilo. “

A opravdu tento zákon platí. V roce 2000 byl počet tranzistorů v procesoru střední řady 37,5 milionu, zatímco v roce 2009 se počet zvýšil na 904 milionů – 4,5násobný nárůst.

V poslední době se zákon zdvojnásobení začal zpomalovat. Je to kvůli fyzickým omezením toho, jak malý může být křemíkový tranzistor fyzicky, kolik se vejde na mikročip a za jakou cenu.

V důsledku toho se elektronický průmysl zaměřil na zlepšení výkonu jinými způsoby, jako je vícejádrové zpracování. Mooreův zákon byl naopak často upraven tak, aby odrážel zdvojnásobení výpočetní rychlosti namísto přímého počtu tranzistorů.

Navzdory tomu zákon dosahuje svého limitu, protože fyzikální vlastnosti křemíku dosahují svého limitu.

Je to jedna z největších výzev, kterým čelí technologický průmysl a tým inženýrů z University of Texas v Austinu možná našel řešení; nový materiál pro výrobu ještě menších počítačových čipů výměnou křemíku.

Studie byla založena na Cockrell School of Engineering, kde Yuanyue Liu, docent a člen Texas Materiálového institutu UT, spolu s kolegy pozorovali křemík a jeho polovodičové vlastnosti. Všimli si, že zatímco se elektrony rychle pohybovaly materiálem, rozptýlily se také mnoha směry.

Analýza antimonu chemického prvku v jeho 2D formě našla elektrony, jak popisuje časopis nanotechnologie Nanowerk, „… mohlo by se provést, aby se pohybovaly společně uspořádaným způsobem, což by mu poskytlo vysokou mobilitu náboje a učinilo z materiálu účinný polovodič.“ Tento objev může vést k přeměně elektronického průmyslu. Použitím nanomateriální formy antimonu místo křemíku.

Jak uvádí univerzitní tisková zpráva, „Antimon je polokov, který se již v elektronice používá pro některá polovodičová zařízení, jako jsou například infračervené detektory. Jako materiál je to jen několik atomových vrstev a má vysokou pohyblivost náboje - rychlost, kterou se náboj pohybuje materiálem, když je tažen elektrickým polem. Mobilita antimonu je mnohem vyšší než u jiných polovodičů podobné velikosti, včetně křemíku. Díky této vlastnosti je slibný jako stavební blok pro post-křemíkovou elektroniku. “

Elektrony ve 2D antimonu mohou být vyrobeny tak, aby se pohybovaly společně uspořádaným způsobem, což mu poskytuje vysokou mobilitu náboje a činí z materiálu účinného polovodiče.

Studie byla nyní zveřejněna v časopise Journal of American Chemical Society.

Zatímco v současné době byla práce Liu na používání 2D materiálů k nahrazení křemíku prokázána pouze teoretickými výpočtovými metodami, tým je přesvědčen, že antimony nanorozměrů si v praxi zachovají stejné vlastnosti. V důsledku toho tým začal provádět fyzické testy a plánuje tuto studii brzy zveřejnit.

Mezitím pokračuje teoretická analýza fungování 2D antimonu, protože vědci doufají, že najdou další způsoby, jak mohou nanomateriály pokročit v technologii. Má tento nanomateriální objev širší význam než nahrazení křemíku v tranzistorech?

„A co je nejdůležitější,“ poznamenává Liu, „odhalili jsme fyzický původ toho, proč má antimon vysokou mobilitu. Tato zjištění by mohla být použita k potenciálnímu objevení ještě lepších materiálů. “

Zdá se, že nanomateriály mohou brzy nahradit  suroviny všude.

Fotografický kredit: Nanowerk, Troyewelch, Economist & Arstechnia