Алмазо-подобные кристаллы углерода дают графену новый тип подложки
 Лист графена имеет двумерную гексагональную кристаллическую решетку. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен представляет собой одноатомный слой углерода, образующий двумерную гексагональную кристаллическую решетку. Свободные носители тока в графене могут перемещаться с чрезвычайно большими скоростями, проявляя себя как релятивистские частицы без массы покоя. Это и другие необычные физические свойства делают графен одним из основных кандидатов для замены кремния в электронных устройствах будущего. Графен мог бы использоваться для создания транзисторов, работающих много быстрее любого современного аналога.
Транзисторы, созданные на базе графена и работающие на радиочастотах, могут использоваться в микроэлектронных устройствах, применимых для беспроводных коммуникаций. Подобные устройства могли бы создаваться при помощи переноса листов графена высокого качества (произведенных техниками, известными как химическое осаждение из парообразного состояния, chemical vapour deposition, CVD) на подходящее изолирующее основание (например, диоксид кремния). Основная проблема этого метода заключается в том, что подложка может существенно «испортить» электронные свойства графена за счет рассеяния свободных носителей зарядов. Рассеяние, которое существенно ограничивает скорость перемещения электронов и дырок, появляется из-за взаимодействия между графеном и диэлектрическим материалом подложки.
Теперь же группа ученых из IBM Thomas J. Watson Research Center (США) нашла способ решения этой практической проблемы. В качестве верхнего слоя подложки команда использовала алмазо-подобный углерод, покрывающий стандартную подложку из кремния. Стоит отметить, что алмазо-подобный углерод уже широко используется в полупроводниковой промышленности и получается тем же самым методом химического осаждения из пара. Он представляет собой неполярный диэлектрический материал (что, в свою очередь, означает, что он не захватывает носители тока в «ловушку»), рассеивающий заряды гораздо меньше, чем диоксид кремния. Подложки из алмазо-подобного углерода можно относительно дешево производить даже при больших площадях, они не поглощают большого количества воды и имеют подходящую теплопроводность.
По словам ученых, созданный ими транзистор из графена на подложки из алмазо-подобного углерода имеет самую быструю на сегодняшний день частоту переключения (для устройств, созданных из химически-осажденного графена). Но это не предел, т.к. качество графена, использованного на эксперименте, было достаточно невысоким (подвижность зарядов была менее 1000 cm2/Vs). Для повышения качества исходного материала специалисты лаборатории IBM и многих других научных центров по всему миру постоянно совершенствуют методику химического осаждения.
Создаваемые транзисторы могут использоваться в самых различных приложениях, в частности, в коммуникациях, медицине, устройствах обеспечения безопасности и т.п. Кроме того, новые транзисторы хорошо работают даже при низких температурах, что дает возможность использовать их в холодной окружающей среде.
Также по теме:
Источники: