Team opdager banebrydende halvledende materiale, der kan føre til meget hurtigere elektronik

Ingeniører fra University of Utah har opdaget en ny slags 2D-halvledende materiale til elektronik, der åbner døren for meget hurtigere computere og smartphones, der også bruger meget mindre strøm.

Halvlederen, lavet af grundstofferne tin og ilt, eller tinmonoxid (SnO), er et lag af 2D -materiale kun et atom tykt, tillader elektriske ladninger at bevæge sig gennem det meget hurtigere end konventionelle 3D-materialer såsom silicium. Dette materiale kan bruges i transistorer, livsnerven i alle elektroniske enheder såsom computerprocessorer og grafikprocessorer i stationære computere og mobile enheder. Materialet blev opdaget af et hold ledet af University of Utah materialevidenskab og ingeniør lektor Ashutosh Tiwari.

Et papir, der beskriver forskningen blev offentliggjort online mandag, 15. februar kl. 2016 i bladet, Avancerede elektroniske materialer . Papiret, som også vil være omslagshistorien om den trykte version af tidsskriftet, var medforfatter af University of Utah materialevidenskab og ingeniør-ph.d.-studerende K. J. Saji og Kun Tian, og Michael Snure fra Wright-Patterson Air Force Research Lab nær Dayton, Ohio.

Transistorer og andre komponenter, der bruges i elektroniske enheder, er i øjeblikket lavet af 3D-materialer såsom silicium og består af flere lag på et glassubstrat. Men ulempen ved 3D-materialer er, at elektroner hopper rundt inde i lagene i alle retninger.

Fordelen ved 2D materialer, som er et spændende nyt forskningsfelt, der er åbnet for kun omkring fem år siden, er, at materialet er lavet af et lag tykkelsen af ​​blot et eller to atomer. Følgelig, elektronerne "kan kun bevæge sig i ét lag, så det er meget hurtigere, " siger Tiwari.

Mens forskere på dette område for nylig har opdaget nye typer 2D -materiale, såsom grafen, molybdenundisulfid og borophen, de har været materialer, der kun tillader bevægelse af N-type, eller negativ, elektroner. For at skabe en elektronisk enhed, imidlertid, du har brug for halvledermateriale, der tillader bevægelse af både negative elektroner og positive ladninger kendt som "huller". Tinmonoxidmaterialet opdaget af Tiwari og hans team er det første stabile P-type 2D halvledermateriale, der nogensinde har eksisteret.

"Nu har vi alt - vi har P-type 2D-halvledere og N-type 2D-halvledere, " siger han. "Nu vil tingene gå meget hurtigere fremad."

Nu hvor Tiwari og hans team har opdaget dette nye 2D-materiale, det kan føre til fremstilling af transistorer, der er endnu mindre og hurtigere end dem, der bruges i dag. En computerprocessor består af milliarder af transistorer, og de flere transistorer pakket i en enkelt chip, jo mere kraftfuld kan processoren blive.

Transistorer lavet med Tiwaris halvledende materiale kan føre til computere og smartphones, der er mere end 100 gange hurtigere end almindelige enheder. Og fordi elektronerne bevæger sig gennem et lag i stedet for at hoppe rundt i et 3D-materiale, der vil være mindre friktion, hvilket betyder, at processorerne ikke bliver så varme som normale computerchips. De vil også kræve meget mindre strøm for at køre, en velsignelse for mobil elektronik, der skal køre på batteri. Tiwari siger, at dette kan være særligt vigtigt for medicinsk udstyr såsom elektroniske implantater, der vil køre længere på en enkelt batteriopladning.

"Feltet er meget varmt lige nu, og folk er meget interesserede i det, "Tiwari siger." Så om to eller tre år skulle vi i det mindste se en prototype. "