Stále menšie a kompaktnejšie Špeciálne tipy na chudnutie počítačových čipov; Polovodič;
11. augusta 2020, 11:19 | WEKA Newsdesk, kv
Fluorid vápenatý je kryštalický izolátor s jasne definovaným povrchom. Preto je ideálne vhodný na výrobu extrémne malých tranzistorov.
V elektronike sa dlho zanedbávalo niečo dôležité: Ak sa majú elektronické súčiastky zmenšovať, potrebujete vhodné izolačné materiály. Vedci z Viedenskej technickej univerzity ich teraz objavili.
Počítačové čipy sa musia stále zmenšovať. Preto sa takzvané 2D materiály považujú za veľkú nádej: Sú také tenké, ako len môže byť materiál, v extrémnych prípadoch pozostávajú iba z jednej vrstvy atómov. To umožňuje výrobu nových typov elektronických súčiastok s malými rozmermi, vysokou rýchlosťou a optimálnou účinnosťou.
S tým však nastáva problém: Elektronické súčiastky sa vždy skladajú z viac ako jedného materiálu. 2D materiály sú užitočné, iba ak je možné ich kombinovať s vhodnými materiálovými systémami - napríklad so špeciálnymi izolačnými kryštálmi. Ak o tom neuvažujete, potom je výhoda, ktorú majú 2D materiály ponúknuť, negovaná. Tím z Fakulty elektrotechniky na Viedenskej technickej univerzite teraz tieto zistenia predstavil v publikácii v časopise Nature Communications.
Koniec riadku v atómovej mierke
„Polovodičový priemysel dnes používa kremík a oxid kremičitý,“ hovorí profesor Tibor Grasser z Inštitútu pre mikroelektroniku TU Wien. "Sú to materiály s veľmi dobrými elektronickými vlastnosťami." Po dlhú dobu sa na miniaturizáciu elektronických súčiastok používali čoraz tenšie vrstvy týchto materiálov. To dlho trvalo dobre - ale v určitom okamihu narazíš na prirodzenú hranicu. “
Ak je kremíková vrstva tenká iba niekoľko nanometrov, t. J. Pozostáva iba z niekoľkých atómových vrstiev, potom sa veľmi výrazne zhoršujú elektronické vlastnosti materiálu. „Povrch materiálu sa chová odlišne od vnútornej strany materiálu - a ak sa celý objekt skladá prakticky iba z povrchov a už nemá vnútro, môže mať úplne odlišné vlastnosti materiálu, ako poznáme z hrubších vrstiev.“
Ak chcete vyrábať ultratenké elektronické súčiastky, musíte prejsť na iné materiály. A tu prichádzajú na rad takzvané 2D materiály: Kombinujú vynikajúce elektronické vlastnosti s minimálnou hrúbkou.
Tenké vrstvy potrebujú tenké izolátory
Ale tieto materiály musia byť pripevnené k príslušnému podpovrchu a na vrchole tiež potrebujete vrstvu izolátora - a ak tento izolátor nie je tiež extrémne tenký a mimoriadne dobrej kvality, potom ste z 2D materiálov nič nezískali. „Je to ako jazdiť na Ferrari po blatistej zemi a čudovať sa, prečo ste neurobili rýchlostný rekord,“ vysvetľuje Tibor Grasser.
Tím na Viedenskej technickej univerzite pod vedením Tibora Grassera a Yuryho Illarionova preto analyzoval, ako je možné tento problém najlepšie vyriešiť. Vedci zistili, že v tomto prípade nie je vhodný oxid kremičitý, ktorý sa bežne používa ako izolátor v priemysle. Je to preto, lebo má veľmi neusporiadaný povrch a veľa voľných, nenasýtených väzieb, ktoré narúšajú elektronické vlastnosti v 2D materiáli.
Je lepšie hľadať štruktúru, ktorá je čo najsporiadanejšia: tím už dosiahol veľmi dobré výsledky so špeciálnymi kryštálmi, ktoré obsahujú atómy fluóru. Prototyp tranzistora s izolátorom fluoridu vápenatého už poskytol presvedčivé údaje a ďalšie materiály sa stále analyzujú.
V súčasnosti sú neustále objavované nové 2D materiály. „To je síce pekné, ale našimi výsledkami chceme ukázať, že to samo o sebe nestačí,“ hovorí Tibor Grasser. Tieto nové elektricky vodivé 2D materiály by sa tiež museli kombinovať s novými typmi izolátorov. Až potom bolo možné vyrobiť novú generáciu efektívnych a vysoko výkonných elektronických súčiastok v miniatúrnom formáte.