Unijny zespół testuje nowy materiał półprzewodnikowy
Elektroniczne mikroukłady przyszłości mogą być wykonane już nie z krzemu, czy nawet grafenu, lecz z materiału zwanego molibdenitem (MoS2). Finansowane z unijnych funduszy badania naukowe, zaprezentowane w czasopiśmie Nature Nanotechnology, pokazują, że molibdenit jest bardzo wydajnym półprzewodnikiem, dzięki któremu tranzystory mogą stać się mniejsze i bardziej energooszczędne. Unijne wsparcie dla prac pochodzi z 5-letniego projektu FLATRONICS (Elektroniczne urządzenia bazujące na nanowarstwach), grantu w wysokości 1,8 mln EUR dla początkujących naukowców przyznanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN) profesorowi Andrasowi Kisowi z Laboratorium Elektroniki i Struktur Nanoskalowych (LANES) przy École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii w 2009 r. Granty ERBN są realizowane poprzez program "Pomysły" Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE. Molibdenit to minerał dostępny w zasobach naturalnych. Obecnie znajduje zastosowanie głównie jako składnik stopów stali oraz jako dodatek w smarach. Jak dotąd jego możliwości jako półprzewodnika pozostawały niezbadane. "Jest to dwuwymiarowy materiał, bardzo cienki i łatwy do użycia w nanotechnologii" - mówi prof. Kis, kierownik badań. "Posiada faktyczny potencjał do wykorzystania w produkcji bardzo małych tranzystorów, diod LED czy ogniw słonecznych." Według prof. Kisa i jego kolegów molibdenit posiada istotną przewagę nad krzemem, który jest masowo stosowany w elektronice i grafenem, który jest obecnie najczęściej badanym materiałem dwuwymiarowym, uważanym powszechnie za materiał przyszłej elektroniki. Krzem jako materiał trójwymiarowy wymaga więcej przestrzeni niż molibdenit, który można produkować w monowarstwach. "W warstwie MoS2 o grubości 0,65 nanometra elektrony mogą poruszać się z taką samą swobodą jak w 2-nanometrowej warstwie krzemu, a na dzień dzisiejszy nie da się wyprodukować arkusza krzemu tak cienkiego jak monowarstwowy arkusz MoS2" - wyjaśnia prof. Kis. Poza tym, tranzystory molibdenitowe zużywałyby w trybie gotowości 100.000 razy mniej energii niż ich konwencjonalne odpowiedniki krzemowe. Wynika to z tego, że włączanie i wyłączanie tranzystora wymaga materiału półprzewodnikowego z "pasmem wzbronionym". W fizyce terminu "pasma" używa się do opisywania energii elektronów w materiale. W półprzewodnikach "pasmo wzbronione" to przestrzeń bez elektronów pomiędzy tymi pasmami. Jeżeli przerwa nie jest ani zbyt duża ani zbyt mała, niektóre elektrony mogą ją przeskoczyć, co daje naukowcom możliwość kontrolowania elektrycznego zachowania się materiału i włączania oraz wyłączania go. Molibdenit cechuje się pasmem wzbronionym o wartości 1,8 elektronowolta, dzięki czemu idealnie nadaje się do włączania i wyłączania tranzystorów. Pasmo wzbronione daje molibdenitowi także przewagę nad grafenem, który w swej pierwotnej postaci nie posiada takowego. Co prawda można wytworzyć grafen posiadający pasmo wzbronione, ale to zwiększa złożoność procesu produkcji i stwarza inne problemy. "Wyniki naszych prac stanowią ważny krok w kierunku elektroniki i układów scalonych o niskim poborze mocy w stanie gotowości, bazujących na materiałach dwuwymiarowych. Będąc cienkim, przeźroczystym materiałem półprzewodnikowym monowarstwy MoS2 otwierają wiele nowych możliwości w takich obszarach jak fizyka mezoskopowa, optoelektronika i pozyskiwanie energii" - konkludują naukowcy. "Uwzględniając możliwość wytwarzania wielkoobszarowych obwodów wykorzystujących przetwarzanie na bazie roztworów, nasze odkrycia mogą okazać się ważne w kontekście produkcji urządzeń elektronicznych, które łączą łatwość przetwarzania związaną z przewodnikami organicznymi z wydajnością powszechnie kojarzoną z elektroniką opartą na krzemie."Więcej informacji: École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL): http://www.epfl.ch Nature Nanotechnology: http://www.nature.com/naturenanotechnology Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERBN): http://erc.europa.eu/
Kraje
Szwajcaria