Nye materialer til ekstra tynde computerchips

Stadig mindre og stadig mere kompakt - det er den retning, som computerchips udvikler sig i, drevet af industrien. Det er derfor, såkaldte 2-D materialer anses for at være det store håb:de er så tynde som et materiale overhovedet kan være, i ekstreme tilfælde består de kun af et enkelt lag atomer. Dette gør det muligt at producere nye elektroniske komponenter med små dimensioner, høj hastighed og optimal effektivitet.

Imidlertid, der er ét problem:Elektroniske komponenter består altid af mere end ét materiale. 2D-materialer kan kun bruges effektivt, hvis de kan kombineres med egnede materialesystemer - såsom specielle isoleringskrystaller. Hvis dette ikke tages i betragtning, fordelen, som 2-D-materialer formodes at tilbyde, er ophævet. Et hold fra fakultetet for elektroteknik ved TU Wien (Wien) præsenterer nu disse resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .

At nå enden af ​​linjen på atomskalaen

"Halvlederindustrien i dag er for det meste baseret på silicium og siliciumoxid, " siger prof. Tibor Grasser fra Institut for Mikroelektronik ved TU Wien. "Dette er materialer med meget gode elektroniske egenskaber. I lang tid, stadig tyndere lag af disse materialer blev brugt til at miniaturisere elektroniske komponenter. Dette fungerede godt i lang tid - men på et tidspunkt når vi en naturlig grænse."

Når siliciumlaget kun er nogle få nanometer tykt, så det kun består af nogle få atomlag, så forringes materialets elektroniske egenskaber meget betydeligt. "Overfladen af ​​et materiale opfører sig anderledes end hovedparten af ​​materialet - og hvis hele objektet praktisk talt kun består af overflader og slet ikke længere har en bulk, det kan have helt andre materialeegenskaber."

Derfor, man skal skifte til andre materialer for at skabe ultratynde elektroniske komponenter. Og det er her, de såkaldte 2-D materialer kommer i spil:De kombinerer fremragende elektroniske egenskaber med minimal tykkelse.

Tynde lag har brug for tynde isolatorer

"Det viser sig, imidlertid, disse 2-D materialer er kun den første halvdel af historien, " siger Tibor Grasser. "Materialerne skal placeres på det passende underlag, og der skal også et isoleringslag ovenpå - og denne isolator skal også være ekstremt tynd og af ekstrem god kvalitet, ellers har du ikke fået noget ud af 2-D materialerne. Det er som at køre en Ferrari på mudret jord og undre sig over, hvorfor man ikke sætter en hastighedsrekord."

Et team på TU Wien omkring Tibor Grasser og Yury Illarionov har derfor analyseret, hvordan man løser dette problem. "Siliciumdioxid, som normalt bruges i industrien som isolator, er ikke egnet i dette tilfælde, " siger Tibor Grasser. "Den har en meget uorden overflade og mange frie, umættede bindinger, der forstyrrer de elektroniske egenskaber i 2-D-materialet."

Det er bedre at lede efter en velordnet struktur:Holdet har allerede opnået fremragende resultater med fluorider - en særlig klasse af krystaller. En transistorprototype med en calciumfluoridisolator har allerede leveret overbevisende data, og andre materialer analyseres stadig.

"Nye 2D-materialer bliver opdaget i øjeblikket. Det er rart, men med vores resultater ønsker vi at vise, at dette alene ikke er nok, " siger Tibor Grasser. "Disse nye halvledende 2D-materialer skal også kombineres med nye typer isolatorer. Først da kan vi virkelig få succes med at producere en ny generation af effektive og kraftfulde elektroniske komponenter i miniatureformat."