Создан плоский полупроводник, обещающий ускорить работу техники в 100 раз

Фото: Dan Hixson/University of Utah College of Engineering

Американские ученые нашли «вторую половинку», которой не хватало для разработки плоских транзисторов. Им удалось создать 2D-полупроводник с дырочным типом проводимости на основе монооксида олова. По предварительным оценкам, плоские транзисторы смогут увеличить производительность компьютеров и смартфонов до 100 раз.

Транзисторы, или полупроводниковые триоды, — «сердце» современной электроники. Основу транзистора составляют проводниковые материалы двух типов — обладающие электронной или дырочной проводимостью. В электронных полупроводниках носителями заряда являются электроны, которым не нашлось пары среди соседей, а в дырочных — так называемые «дырки», вакантные места в почти заполненной электронной оболочке атома.

Несколько лет назад ученые обнаружили способ улучшения эффективности передачи заряда в полупроводнике — использовать плоские полупроводники вместо объемных. В плоском полупроводнике толщиной всего в несколько атомов у носителей заряда — электронов или дырок — меньше возможностей для флуктуаций, что заметно ускоряет их передвижение внутри слоя. Ранее инженерам удалось создать только полупроводники n-типа (с электронной проводимостью, от англ. negative — «отрицательный») — к примеру, на основе графена, борофена и других материалов. В новой работе, опубликованной в журнале Advanced Electronic Materials, группа американских ученых описала первый стабильный полупроводник p-типа (с дырочной проводимостью, от англ. positive — «положительный»).

Для создания полупроводника исследователи использовали соединение олова и кислорода — монооксид олова SnO, в котором на один атом олова приходится один атом кислорода. В экспериментах слой SnO наращивали на подложках из сапфира или оксида кремния с использованием метода импульсного лазерного напыления, при котором вещество осаждается на поверхность из газовой фазы.

На основе полученных 2D-полупроводников исследователи сконструировали многослойные транзисторы, причем оптимальное количество слоев оказалось равным 12. Теперь, когда в руках инженеров оказались как плоские проводники n-типа, так и плоские проводники p-типа, стало возможным создание 2D-транзисторов. Поскольку производительность процессоров зависит от количества содержащихся в нем транзисторов, технология использования плоских полупроводниковых материалов поможет увеличить мощность процессоров в будущем.

По оценкам исследователей, компьютеры и смартфоны на 2D-транзисторах смогут работать до 100 раз быстрее обычных. Кроме того, они будут меньше нагреваться во время работы, так как сопротивление плоских полупроводников меньше, чем у объемных.

Подробнее о принципе работы полупроводников и транзисторов «Чердак» рассказал в материале, посвященном юбилею Жореса Алферова, одного из основателей оптоэлектроники.
Теги:

Читать еще на Чердаке: