Вчені з Технологічного інституту Джорджії стверджують, що створили «перший у світі функціональний напівпровідник, виготовлений із графену». Створений ними епітаксійний графен сумісний із традиційними методами виробництва мікроелектроніки, завдяки чому він може вважатися реальною альтернативою кремнію.
Технологічні експерти постійно вказують на необхідність збереження можливості використання закону Мура щодо виробництва електроніки. Однак одна з ключових проблем, з якою стикаються ті, хто рухає індустрію виробництва напівпровідників вперед, полягає в тому, що фізичні властивості кремнію наближаються до своїх меж. З іншого боку, графен з моменту його відкриття у 2004 році постійно рекламується як чудо-матеріал, покликаний вирішити всі проблеми, пов’язані з виробництвом напівпровідників у майбутньому. Проте спроби його використання поки що не сприяли якомусь значному чи широко поширеному технологічному прориву. Проте дослідники з Технологічного інституту Джорджії, схоже, справді зробили значний крок уперед у цьому питанні, об’єднавши очищений епітаксійний графен із карбідом кремнію у складі напівпровідника.
Дослідження веде група вчених із США та Китаю під керівництвом професора фізики з Технологічного інституту Джорджії Уолтера де Хіра (Walter de Heer). Де Хір працює над технологіями 2D-графену з початку 2000-х років.
«Нас мотивувала надія впровадити три особливі властивості графену в електроніку. Це надзвичайно міцний матеріал, який може витримувати дуже великі струми, не нагріваючись і не руйнуючись», — коментує вчений.
Однак, незважаючи на ці три властивості, ключова напівпровідникова характеристика в матеріалах на основі графену досі була відсутня. «Давня проблема в графеновій електроніці полягає в тому, що графен не має правильної забороненої зони і не може включатися і вимикатися, тобто переходити з одного стану в інший, з правильним співвідношенням», — зазначає фахівець з наночасток та наносистем доктор Лей Ма (Lei Ma), колега де Хіра з міжнародного центру Тяньцзіньського університету, який також є співавтором роботи «Надвисокомобільний напівпровідниковий епітаксійний графен на карбіді кремнію», опублікованій у журналі Nature.
Дослідники пояснюють, що вони виявили спосіб вирощувати графен на пластинах карбіду кремнію з використанням спеціальних печей, отримавши в результаті епітаксійний графен, об’єднаний з карбідом кремнію. Згідно з офіційним блогом Технологічного інституту Джорджії, на вдосконалення цього матеріалу пішло десятиліття. Його нинішні випробування показують, що напівпровідниковий матеріал на основі графену демонструє удесятеро більшу рухливість електронів, ніж кремній.
“Іншими словами, електрони в матеріалі рухаються з дуже низьким опором, що в електроніці призводить до більш швидких обчислень”, – пояснюється в прес-релізі інституту.
Де Хір пояснює привабливі властивості електроніки на основі графена більш простими словами: «Це все одно, що їхати автострадою, а не гравійною дорогою. Він [матеріал на основі графену] більш ефективний, не так сильно нагрівається і дозволяє електронам розвивати більш високу швидкість».
За словами вчених, їхній епітаксійний графен, об’єднаний з карбідом кремнію, набагато перевершує будь-які інші 2D-напівпровідники, що знаходяться в розробці. Професор де Хір охарактеризував прорив його групи дослідників у галузі напівпровідникових матеріалів як «момент братів Райт», а також наголосив на сумісності матеріалу з квантово-механічними хвильовими властивостями електронів. Іншими словами, він може відіграти важливу роль у майбутніх досягненнях у галузі квантових обчислень.