Силицен позволяет создавать стабильные полевые транзисторы

Схематическое изображение полевого транзистора на основе силицена. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение полевого транзистора на основе силицена. (кликните картинку для увеличения)

12.02.2015 (16:30)
Просмотров: 1769
Рейтинг: 0.00
Голосов: 0

Теги:
силицен, кремний, графен,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Совместная группа исследователей из США и Италии сообщила о том, что им удалось впервые создать более-менее стабильные полевые транзисторы на основе силицена – двумерной аллотропной модификации кремния. До сих пор подобное было невозможно, поскольку упомянутый материал быстро разлагается на воздухе. Сейчас срок жизни материала удалось продлить лишь немного. Как отмечают сами ученые, они надеются в ближайшее время убрать данное препятствие, чтобы продолжить исследования устройств на основе силицена.

Силицен представляет собой лист кремния толщиной всего в один атом, имеющий гексагональную кристаллическую решетку, т.е. являющийся близким родственником графена (материала одноатомной толщины на основе углерода). В отличие от своего «углеродного» аналога, силицен не существует в природе. Однако считается, что этот материал может легче трансформироваться, как химически, так и структурно, по сравнению с графеном. Эта особенность может сделать силицен более универсальным с точки зрения управления зонной структурой (открытия запрещенной зоны и управления подвижностью зарядов) для применения в электронике. Конструкции на основе силицена, в отличие структур из графена и других двумерных материалов, сложно адаптируемых к промышленности, могут хорошо встраиваться в существующие устройства на основе кремния, которые составляют подавляющее большинство в современной электронике. Кроме того, силицен отличается более сильным спин-орбитальным взаимодействием по сравнению с графеном, что делает его лучшим кандидатом на роль двумерного топологического изолятора в маломощных чипах, спинтронных устройствах и элементах квантового компьютера.

Ранее исследователи уже синтезировали силицен на специальных подложках, в частности, кристаллическом серебре, но, в отличие от графена, который стабилен в течение длительного времени, этот материал сразу же разлагается на воздухе. Это означает, что с силиценом нельзя оперировать, используя привычные технологические методы.

Основная идея новой работы совместной группы ученых из University of Texas (США) и Laboratario MDM (Италия) заключается в замене подложки из нерационального и дорогого кристаллического серебра на тонкую пленку простого серебра, нанесенную на подложку из слюды. Сформированный на такой поверхности силицен заключается в вакуумную «упаковку» из оксида алюминия, что предотвращает его разрушение на воздухе.

Для создания рабочего устройства исследователи механически расслаивали ультратонкий «сендвич», состоящий из пласта силицена между слоями оксида алюминия, от подложки и размещали его на окисленной кремниевой платформе. Полученная таким образом структура функционирует, как полевой транзистор, используя сильно легированную подложку из кремния в качестве затвора. Электроды стока и истока формируются при помощи выборочного травления слоя серебра.

Хотя созданный таким образом транзистор стабилен всего лишь в течение нескольких минут, этого времени может вполне хватить для экспериментального изучения предсказанных для силицена экзотических физических свойств. В частности, предполагается, что можно обеспечить «настройку» материала, варьируя его характеристики в диапазоне между полупроводниковыми и сверхпроводниковыми, а также формируя различные топологические состояния. Также ученые ожидают, что манипуляции с силиценом позволят открыть в нем широкую запрещенную зону, что даст возможность использовать материал в производстве цифровых микросхем и полупроводниковой промышленности. Как известно, материал с широкой запрещенной зоной имеет важное значение для электроники, поскольку позволяет формировать транзисторы, которые могут включаться и выключаться, а также выполнять логические операции. Хотя графен имеет самую высокую проводимость среди известных материалов, ему не хватает одного важнейшего физического свойства – возможности задавать ширину запрещенной зоны. Это одна из главных причин, почему исследователи продолжают искать альтернативные двумерные материалы для электроники.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное

Самая свежая информация Кровельные материалы ICOPAL в Хабаровске тут.
Rambler's Top100