В отличие от обыкновенных полупроводников, графеновые невозможно выключить, и эта проблема сейчас значительно ограничивает возможности по использованию графена в чипах будущего. Впрочем, сейчас специалисты полагают, что нашли выход из ситуации.
По словам ученых, сейчас современные транзисторы еще имеют определенный задел в плане сокращения и размеров, однако большинство исследователей сходятся во мнении, согласно которому, примерно к 2025 году технологии дойдут до той стадии, когда дальнейшее сокращение размеров транзисторов будет невозможно физически. Большой вопрос заключается в том, кто сможет заменить их.
Одним из таких кандидатов является графен, который уже на сегодняшний день нашел множество форм применения, В прошлом году одна из групп ученых разработала графеновый транзистор, который работал на частоте 427 ГГц. Поэтому многие считают, что графен - это наиболее вероятная замена для современных кремниевых транзисторов.
Впрочем, у графена есть много особенностей и некоторые из них делают сложным применение этого материала в чипах. Одна из таких проблем - это проблема отсутствия "дыры", то есть здесь нет энергетического дифференциала в который бы мог запирать или отпирать электроны. Проще говоря, как транзистор двухмерный графен нельзя "выключить", а это значительная проблема для чипов.
Собственное решение данной проблемы предложили физики из Университета Калифорнии в Риверсайде. Они придумали, как можно заставить графен без дифференциала состояний производить так необходимые в чипах переключения. Правда, для этого исследователям пришлось изменить концептуальную модель. "Любой твердый материал имеет свои характерные полосы энергии, в которых электроны протекают в форме проводника или предотвращают ток, формируя изолятор. В полупроводнике электроны не могут протекать при низкой энергии и поэтому материал ведет себя как диэлектрик. Тем не менее, относительно небольшое количество энергии способно проталкивать небольшое количество электронов в так называемую зону проводимости, где они свободно протекают ", - говорят специалисты.
Энергетический дифференциал между изолирующим и проводящим состояниями в запрещенной зоне и возможность переключаться между одним состоянием и другим является определяющей характеристикой транзистора.
Проблема с графеном заключается в том, что он не имеет запрещенной зоны - электроны тут могут течь в любом энергетическом состоянии. Таким образом, одним из решений проблемы является создание искусственной запрещенной зоны с применением электрических полей, легированием атомов или за счет растягивания и сжатия материалов.
Ученые говорят, что практически цифровые схемы требуют наличия запрещенной зоны примерно в 1 эВ при комнатной температуре. Однако даже самые лучшие графеновые транзисторы не могут создавать такую запрещенную зону и рассеивают энергию подобно воде, утекающий через сито.
Сейчас исследователи придумали новый подход: они не предлагают создать искусственную запрещенную зону, которая сделает графен более похожим на кремний, а вместо этого предложили использовать так называемое отрицательное сопротивление для создания транзисторов с функцией включения/выключения.
Отрицательное сопротивление - это нелогичное явление, при котором ток, поступающий в материал снижает напряжение. Ранее было установлено, что графен демонстрирует отрицательное сопротивление в определенных обстоятельствах. Впоследствии ученые заявили, что феномен падения напряжения можно использовать, как искусственную запрещающую зону.
Более того, специалисты говорят, что им уже удалось создать простейшую схему из нескольких графеновых транзисторов для проверки гипотезы. Тестовые версии графеновых транзисторов работали на частоте до 400 ГГц. "Все это не порядок лучше кремния, это гораздо выше, чем у всех современных чипов и у чипов, которые появятся в ближайшие 5-7 лет", - говорят разработчики.
Источник: CyberSecurity
|
