Sjældent element til at levere bedre materiale til højhastighedselektronik

Purdue-forskere har opdaget et nyt todimensionalt materiale, afledt af det sjældne grundstof tellur, at gøre transistorer, der bærer en strøm bedre i hele en computerchip.

Opdagelsen tilføjer en liste over ekstremt tynde, todimensionale materialer, som ingeniører har forsøgt at bruge til at forbedre driftshastigheden af ​​en chips transistorer, som derefter gør det muligt at behandle oplysninger hurtigere i elektroniske enheder, såsom telefoner og computere, og forsvarsteknologier som infrarøde sensorer.

Andre todimensionale materialer, såsom grafen, sort fosfor og silicene, har manglet enten stabilitet ved stuetemperatur eller de mulige produktionsmetoder, der kræves for at nanoproducere effektive transistorer til enheder med højere hastighed.

"Alle transistorer skal sende en stor strøm, hvilket oversætter til højhastighedselektronik, "sagde Peide Ye, Purdues Richard J. og Mary Jo Schwartz Professor i elektrisk og computerteknik. "Endimensionale ledninger, der i øjeblikket udgør transistorer, har meget små tværsnit. Men et todimensionalt materiale, fungerer som et ark, kan sende en strøm over et bredere overfladeareal. "

Tellurene, en todimensionel filmforskere fundet i elementet tellurium, opnår en stabil, arklignende transistorstruktur med hurtigere bevægelige "bærere-hvilket betyder elektroner og hullerne, de efterlader på deres sted. På trods af telluriums sjældenhed, fordelene ved telluren ville gøre transistorer fremstillet af todimensionale materialer lettere at producere i større skala. Forskerne beskriver deres fund i Naturelektronik .

"Selvom tellur ikke er rigeligt på jordskorpen, vi mangler kun en lille smule for at blive syntetiseret gennem en løsningsmetode. Og inden for samme batch, vi har et meget højt produktionsudbytte af todimensionale tellurematerialer, "sagde Wenzhuo Wu, adjunkt i Purdues School of Industrial Engineering. "Du skalerer blot den beholder, der indeholder løsningen, så produktiviteten er høj. "

Da elektronik typisk bruges ved stuetemperatur, naturligt stabile tellurentransistorer ved denne temperatur er mere praktiske og omkostningseffektive end andre todimensionelle materialer, der har krævet et vakuumkammer eller lav driftstemperatur for at opnå lignende stabilitet og ydeevne.

De større krystalflager af telluren betyder også mindre barrierer mellem flager til elektronbevægelse - et problem med de flere talrige, mindre flager af andre todimensionelle materialer.

"Høj transportørmobilitet ved stuetemperatur betyder mere praktiske anvendelser, "Ye sagde. Hurtigere bevægelige elektroner og huller fører derefter til højere strømme over en chip.

Forskerne forventer, at fordi telluren kan vokse alene uden hjælp af noget andet stof, materialet kan muligvis finde anvendelse i andre applikationer ud over computerchiptransistorer, såsom fleksible trykte enheder, der konverterer mekaniske vibrationer eller varme til elektricitet.

"Tellurene er et multifunktionelt materiale, og Purdue er fødestedet for dette nye materiale, "Wu sagde." Efter vores mening, dette er meget tættere på den skalerbare produktion af todimensionale materialer med kontrollerede egenskaber til praktiske teknologier. "