März 4, 2024

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Forscher haben den ersten Chip aus Graphen hergestellt, einem Material, das Computer ersetzen könnte

Forscher haben den ersten Chip aus Graphen hergestellt, einem Material, das Computer ersetzen könnte

Forscher der Georgia Tech haben es entwickelt Weltweit erster funktioneller Halbleiter aus GraphenEine Schicht aus Kohlenstoffatomen, die durch bekannte starke Bindungen zusammengehalten werden.

Halbleiter, die unter bestimmten Bedingungen Strom leiten, sind die Grundbestandteile aller elektronischen Geräte.

Graphen kommt zu einer Zeit, in der fast alle modernen elektronischen Geräte aus Chip-Silizium hergestellt werden. stößt an seine Grenzen Als Reaktion auf Fortschritte bei immer schnelleren Computern und kleinen elektronischen Geräten.

Walter de Heer, Professor für Physik an der Georgia Tech, leitete ein Forscherteam in Atlanta, Georgia, und Tianjin, China, um einen Graphen-Halbleiter zu entwickeln, der mit herkömmlichen mikroelektronischen Verarbeitungsmethoden kompatibel ist. .

In dieser neuesten, in Nature veröffentlichten Studie überwinden de Heer und sein Team eine große Hürde, mit der die Graphenforschung seit Jahrzehnten konfrontiert ist. „Die verbotene Band“. Dies stellt eine wichtige elektronische Eigenschaft dar, die das Ein- und Ausschalten von Halbleitern ermöglicht, was bisher bei Graphen nicht beobachtet wurde.

„Wir haben jetzt einen sehr starken Graphen-Halbleiter mit der zehnfachen Mobilität von Silizium und einzigartigen Eigenschaften, die Silizium nicht hat“, sagte Heer in einer Erklärung, die zehn Jahre Forschung an dem Projekt abschloss.

Die Herausforderung bei der Herstellung eines Graphenchips

In seiner natürlichen Form ist Graphen weder ein Halbleiter noch ein Metall, sondern ein Halbmetall. Eine Bandlücke hingegen ist ein Material, das sich ein- und ausschalten kann, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, wie alle Transistoren und Siliziumelektronik funktionieren. Eine Schlüsselfrage in der Graphen-Elektronikforschung ist, wie man es ein- und ausschalten kann, um sich wie Silizium zu verhalten.

Um einen funktionsfähigen Transistor herzustellen, muss ein Halbleitermaterial stark manipuliert werden, was seine Eigenschaften beeinträchtigen kann. Das impliziert das Das Panel muss seine elektronischen Eigenschaften messen, ohne diese zu beschädigen um zu zeigen, dass ihre Plattform als lebensfähiger Halbleiter fungieren kann.

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Dazu setzen sie Atome in Graphen ein, die Elektronen an den Computer „spenden“. Diese Technik wird Dotierung genannt und wird verwendet, um festzustellen, ob das Material ein guter Leiter ist und funktioniert, ohne das Material oder seine Eigenschaften zu beschädigen.

Die Messungen des Teams zeigen, dass ihr Graphen-Halbleiter eine zehnmal höhere Mobilität aufweist als Silizium. Mit anderen Worten, Elektronen bewegen sich mit sehr geringem Widerstand, was in der Elektronik zu einem schnelleren Computer führt. „Es ist wie das Fahren auf einer Schotterstraße und dem Fahren auf einer Autobahn“, sagte De Heer, „außer dass es effizienter ist, sich nicht erwärmt und höhere Geschwindigkeiten ermöglicht, sodass sich die Elektronen schneller bewegen können.“

Das neue Material für Mikrochips wird viele Computerverbesserungen ermöglichen.

Das Produkt des Teams ist derzeit der einzige zweidimensionale Halbleiter mit allen notwendigen Eigenschaften für den Einsatz in der Nanoelektronik, und seine elektrischen Eigenschaften sind anderen derzeit in der Entwicklung befindlichen 2D-Halbleitern weit überlegen.

Epitaktisches Graphen könnte ein Grund sein Ein Paradigmenwechsel im Bereich der Elektronik, der durch die Nutzung seiner einzigartigen Eigenschaften völlig neue Technologien ermöglicht. Ein bemerkenswertes Detail in diesem Zusammenhang ist, dass das Material die Nutzung der quantenmechanischen Welleneigenschaften von Elektronen ermöglicht, was für Quantencomputing erforderlich ist.