گرافن نیمه‌هادی راه را برای تراشه‌های نسل جدید هموار می‌کند

محمدحسن محمودی

محمدحسن محمودی

محققان موسسه فناوری جورجیا(Georgia Tech) ادعا می‌کنند که اولین نیمه رسانای کاربردی جهان ساخته شده از گرافن را ساخته‌اند. نکته مهم این است که ادعا می‌شود گرافن همپای تیم تحقیقاتی با روش‌های مرسوم پردازش میکروالکترونیک سازگار است و بنابراین جایگزینی واقعی برای سیلیکون می‌تواند باشد. علاوه بر آن، این ماده در آینده توانایی مطلوب برای کاربردهای الکترونیکی دست می‌یابد که می‌تواند در آینده به پبشرفت کامپیوترهای کوانتومی کمک کند.

کارشناسان فناوری نبرد برای زنده نگه داشتن قانون مور را برای سال‌ها برجسته کرده‌اند. یکی از مسائل کلیدی که کسانی که می‌خواهند باعث پیشرفت نیمه‌هادی‌ها شوند، با آن مواجه هستند این است که سیلیکون در حال رسیدن به محدودیت های خود است. گرافن به طور مداوم به عنوان یک ماده شگفت‌انگیز معرفی شده است (از زمان کشف آن در سال ۲۰۰۴). با این حال، هنوز برای هیچ پیشرفت قابل توجه یا به طور گسترده پذیرفته نشده است. با این حال، به نظر می‌رسد محققان موسسه فناوری جورجیا با گرافن اپیتاکسیال تصفیه شده خود که به کاربید سیلیکون پیوند خورده است، به چیز بزرگی دست یافته اند. تصویر زیر گرافن اپیتاکسیال به کاربید سیلیکون متصل شده است.

img_1

برای رسیدن به این نقطه، دکتر والتر دی هیر(Walter de Heer)، پروفسور فیزیک دانشگاه جورجیا، تیمی از محققان مستقر در آتلانتا و تیانجین، چین را رهبری کرد. پروفسور از اوایل سال ۲۰۰۰ روی گرافن دو بعدی کار کرده است. او در مصاحبه‌ای گفت: ما با امید به معرفی سه ویژگی خاص گرافن به الکترونیک انگیزه داشتیم. این ماده بسیار قوی است، ماده‌ای که می‌تواند جریان‌های بسیار بزرگی را تحمل کند و می‌تواند بدون گرم شدن و از هم پاشیدن این کار را انجام دهد.

علیرغم این سه ویژگی، یک مشخصه نیمه‌هادی کلیدی تا کنون در مواد مبتنی بر گرافن وجود نداشته است. دکتر لی ما(Lei Ma)، یکی از بنیانگذاران مرکز بین المللی تیانجین گفت: «یک مشکل دیرینه در الکترونیک گرافن این است که گرافن شکاف باند مناسبی نداشت و نمی توانست با نسبت صحیح روشن و خاموش شود. برای نانوذرات و نانوسیستم‌ها در دانشگاه تیانجین چین. «در طول سال‌ها، بسیاری سعی کرده‌اند با روش‌های مختلف به این موضوع بپردازند. فناوری ما به شکاف نواری دست می‌یابد و گامی مهم در تحقق الکترونیک مبتنی بر گرافن است. لی ما همچنین یکی از نویسندگان مقاله‌ی‌ درباره گرافن نیمه‌رسانای هم‌رسانه با تحرک فوق‌العاده بر روی کاربید سیلیکون(لینک مقاله) بود که در هفته گذشته توسط نیچر(Nature) منتشر شد. در عکس زیر گرافن اپیتاکسیال به کاربید سیلیکون متصل شده است. 

img_2

پیشرفت تیم تحقیقاتی زمانی حاصل شد که آنها با موفقیت یاد گرفتند که چگونه گرافن را بر روی ویفرهای کاربید سیلیکون با استفاده از کوره‌های ویژه رشد دهند. به گفته وبلاگ موسسه فناوری جورجیا، یک دهه طول کشید تا این ماده کامل شود. اکنون، آزمایش‌ها نشان می‌دهد که مواد نیمه‌هادی مبتنی بر گرافن ده برابر بیشتر از سیلیکون تحرک دارد. در وبلاگ موسسه آموزشی و پژوهشی توضیح داده شده است: به عبارت دیگر، الکترون‌ها با مقاومت بسیار کم حرکت می‌کنند، که در الکترونیک به محاسبات سریع‌تر تبدیل می‌شود. دکتر والتر دی‌هیر در مورد حرکت الکترون از طریق مواد نیمه‌هادی گرافن تصفیه شده خود می‌گوید: مثل رانندگی در جاده شنی در مقابل رانندگی در بزرگراه است. کارآمدتر است، آنقدر گرم نمی‌شود، و سرعت‌های بالاتری را می‌دهد تا الکترون‌ها بتوانند سریع‌تر حرکت کنند.

طبق گفته تیم تحقیقاتی موسسه فناوری جورجیا، گرافن هم‌پای آنها که به کاربید سیلیکون پیوند خورده است، بسیار برتر از سایر نیمه‌هادی‌های دو بعدی در حال توسعه است. پروفسور دی‌هیر پیشرفت مواد نیمه‌هادی را به عنوان لحظه برادران رایت توصیف کرد و همچنین سازگاری این ماده با خواص موج مکانیکی کوانتومی الکترون‌ها را برجسته کرد، به این معنی که می‌تواند برای پیشرفت‌های آینده در محاسبات کوانتومی مفید باشد.

بیشتر بخوانید:


ارسال دیدگاه