Создан чип на основе графена

Ученые создали первый в мире работающий полупроводник на основе графена, который может проложить путь к созданию чипов, работающих на квантовых компьютерах в будущем.

Новый полупроводниковый материал, изготовленный из эпитаксиального графена (особой кристаллической структуры углерода, химически связанного с карбидом кремния), обеспечивает большую подвижность, чем кремний, то есть электроны движутся с меньшим сопротивлением. Транзисторы, изготовленные таким образом, могут работать на терагерцовых частотах — в 10 раз быстрее, чем кремниевые транзисторы, используемые в современных чипах. Подробная информация об этом изложена в статье в журнале Nature.

Полупроводники обладают свойствами как проводников, так и изоляторов. В правильном температурном диапазоне электроны движутся через полупроводниковый материал, но только при приложении определенного количества энергии.

Почти в каждом чипе используется полупроводник, изготовленный из кремния, но этот материал достиг своих пределов, считает ведущий исследователь Уолт де Хир, профессор Технологического института Джорджии. Эти ограничения включают максимальную скорость, с которой транзисторы могут «переключаться» между положениями «включено-выключено», тепло, которое они выделяют за счет сопротивления, и наименьший размер, который можно изготовить.

Это означает, что быстрый прогресс, который мы наблюдали на протяжении всей истории вычислений, начинает замедляться.

Графен состоит из одного слоя атомов углерода, плотно связанных в гексагональную решетку, и является лучшим проводником, чем кремний, а это означает, что электроны движутся через материал с меньшим сопротивлением.

Несмотря на свои превосходные свойства, графен никогда не использовался в электронике из-за отсутствия «запрещенной зоны» — минимального количества энергии, необходимой для перемещения электронов при приложении к ним электрического поля. Запрещенная зона – это то, что позволяет транзисторам включаться и выключаться.

По словам де Хир, чтобы функционировать как рабочий транзистор, с графеном необходимо провести определенные манипуляции, но в прошлом это ухудшало его свойства.

Но исследователи решили эту проблему, сплавив графен с карбидом кремния с помощью специальных печей и специального процесса нагрева и охлаждения. Помещая в графен атомы, которые «отдают» электроны системе, они создали функциональный графеновый полупроводник с запрещенной зоной.

Это не только первый работающий полупроводник на основе графена, но его также можно интегрировать в существующие производственные процессы. Теперь возможен переход от изготовления кремниевых пластин к пластинам из карбида кремния.

Полупроводники на основе графена также имеют потенциальное будущее использование в квантовых вычислениях, пишут исследователи.

«Как и свет, электроны в графене обладают квантово-механическими волнообразными свойствами», — заключает де Хир.