Ein chinesisch-amerikanisches Forschungsteam hat zum ersten Mal einen funktionellen Halbleiter aus Graphen synthetisiert, was einen möglichen Sprung nach vorne für superschnelles Computing jenseits von Siliziumchips darstellt.
Graphen ist ein einfaches Material, das aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen besteht und angeblich eine Million Mal dünner ist als ein menschliches Haar. Aber es ist härter als fast alles andere in der Natur und übertrifft Silizium um Längen, wenn es um das elektronische Potenzial geht. Doch bisher verhinderten einige physikalische Faktoren dies
Seit der Entdeckung von Graphen im Jahr 2004 versuchen Wissenschaftler, es in Kombination mit anderen Kohlenstoffmaterialien zu verwenden, um einen neuen Chiptyp zu entwickeln, der weniger Strom verbraucht und schneller arbeitet als jeder bestehende Halbleiter.
Nanowissenschaftler der chinesischen Tianjin-Universität und des Georgia Institute of Technology , deren Ergebnisse am Mittwoch in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht wurden, meinen, dass diese lange vermeintliche Leistung nun möglicherweise näher an der Realität liegt.
Chinesische Staatsmedien feierten das Kunststück als großen Durchbruch für die Verwendung von Graphen in der Chipherstellung.
„Diese Forschung hat nicht nur die bemerkenswerte Stabilität von Graphen aufrechterhalten, sondern auch neue elektronische Funktionen eingeführt und damit den Weg für Graphen-basierte Chips geebnet“, hieß es in einem Artikel der Beijinger Tageszeitung „Science and Technology Daily“ am Freitag.
Die Studie wurde von den Professoren Ma Lei von der Tianjin-Universität und Walt de Heer von der Georgia Tech durchgeführt. Beide konzentrieren sich seit der Gründung des Tianjin International Center for Nanoparticles and Nanosystems an der Tianjin-Universität im Jahr 2018 auf Graphenelektronik und andere zweidimensionale Materialien.
Bekannt als das erste bei Raumtemperatur stabile zweidimensionale Material, bedeutet die einzigartige elektronische Struktur von Graphen auch, dass es eine Bandlücke von Null aufweist, was bedeutet, dass es keinen Energieunterschied gibt, wenn Elektronen in Halbleitern zwischen dem niedrigen und dem hohen Band springen. Leistung. Wenn es keinen Energieunterschied gibt, besteht keine Möglichkeit, das Material als Halbleiter zu verwenden. Das Fehlen dieser natürlichen Lücke beeinträchtigt die Halbleiterfähigkeiten von Graphen und macht es für elektronische Geräte weniger geeignet.
Diese Herausforderung zu meistern, ohne die intrinsischen Eigenschaften von Graphen zu verlieren, ist ein entscheidender Schritt für seinen praktischen Einsatz in der Elektronik. „Der Grund, warum unsere Forschung geschätzt wird, ist, dass sie die Graphen-Elektronik in Zukunft wirklich praktisch machen und das größte Hindernis beseitigen kann.“
Die neue Methode erzeugt auf Graphen eine spezielle Schicht, die den nötigen Platz für Elektronen schafft und ihnen ermöglicht, sich sehr schnell zu bewegen, viel schneller als in Silizium und ähnlichen Materialien.
Dies ist ein großer Fortschritt für die Verwendung von Graphen in elektronischen Geräten und verleiht ihm die richtigen Eigenschaften, um als Halbleiter gut zu funktionieren. Um diese Entdeckung zu machen, verwendeten Ma und sein Team eine Methode namens Quasi-Gleichgewichtsglühen, bei der ein Material vorsichtig erhitzt und abgekühlt wird, um seine Struktur zu ändern. Der Prozess beginnt mit dem Erhitzen eines Siliziumkarbidsubstrats in einem Ofen und dem anschließenden Halten bei verschiedenen Temperaturen für bestimmte Zeiträume. Dadurch entstehen glatte, ebene Oberflächen, ideal für das Anbringen einer Schicht namens „Epigraphen“. Diese Schicht ist von entscheidender Bedeutung, da sie die notwendige Elektronenlücke einführt und Graphen für elektronische Geräte geeignet macht. Darüber hinaus sorgt es dafür, dass Graphen stark und leicht zu verarbeiten ist, was eine breite kommerzielle Anwendung in elektronischen Geräten verspricht.
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Der Artikel „Der erste Graphen-Halbleiter wurde geschaffen: Eine Zukunft der Elektronik eröffnet sich jenseits von Silizium“ stammt von Economic Scenarios .
Dies ist eine Übersetzung eines Artikels, der am Fri, 05 Jan 2024 16:33:41 +0000 im italienischen Blog Scenari Economici unter der URL https://scenarieconomici.it/creato-il-primo-semiconduttore-al-grafene-si-apre-un-futuro-dellelettronica-oltre-il-silicio/ veröffentlicht wurde.