Balázs Richárd
Megvalósult az egyetlen atom vékonyságú szilícium tranzisztor
Az amerikai Texas Egyetem kutatói elkészítették az első úgynevezett szilicénből, a létező legvékonyabb szilícium anyagból készült tranzisztorokat, melyek lényegesen gyorsabb, kisebb és hatékonyabb számítógép processzorokat eredményezhetnek.
Az egyetlen atom vastagságú szilicén kimagasló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, eddig azonban nagyon bonyolultnak bizonyult mind az előállítása, mind a felhasználhatósága. Deji Akinwande, a texasiak számítástechnikai mérnök docense csapatával megoldotta a szilicén egyik legnagyobb problémáját. A kutatócsoport által a világon elsőként kifejlesztett tranzisztorok a jelenleg alkalmazott félvezető anyagok legvékonyabbikán alapulnak és kikövezhetik az utat a chipek egy új, gyorsabb és energiahatékonyabb generációja előtt.
Néhány éve a mesterségesen előállított szilicén csupán elméleti síkon létezett. A csodaanyagként kezelt szénalapú grafénból kiindulva nem volt nehéz eljutni egy szilícium atomokból álló, hasonló szerkezetig. A szilicén és a szilícium kapcsolatából adódóan Akinwande, aki grafén tranzisztorokon is dolgozik, nagy lehetőséget látott a projektben, a processzorgyártók ugyanis a szilíciumra vannak berendezkedve, egy rokon anyagból adódó kompatibilitás hatalmas előnyt jelenthet. "Azon túl, hogy egy újabb szereplőt mutatunk be a kétdimenziós anyagok színterén, a szilicén a szilikonnal közös kémiai rokonságából adódóan jó lehetőséget jelent a félvezető iparban" - mondta Akinwande. "A nagy áttörést az alacsony hőmérsékleten történő hatékony előállítás és a szilicén eszközök megalkotása jelenti"
Mindeddig komplexitása és a levegő által okozott instabilitása miatt a legnagyobb problémát a szilicén rendkívül bonyolult előállítása és alkalmazhatósága jelentette. Ezek kiküszöbölése érdekében Akinwande az olasz Mikroelektronikai és Mikrorendszerek Intézetének szakértőjéhez, Alessandro Molle-hoz fordult segítségért, akivel kidolgozott egy olyan új előállítási módszert, ami csökkentette a levegőnek való kitettséget. Első lépésként a kutatók vákuumkamrában szilícium atomok forró páráját kondenzálták egy ezüst kristálytömbre. A módszerrel egy vékony ezüstrétegen elhelyezkedő szilicén lapot alkottak, aminek egy nanométer vastag timföld réteget helyeztek el a tetején. A két védőrétegnek köszönhetően a csapat biztonságosan le tudta fejteni a lapot az alapról és ezüst oldalával felfelé egy oxidált szilícium alaprétegre helyezték. Ezután finoman eltávolították az ezüst egy részét, két fémszigetet hagyva elektródákként, köztük egy szilicén csíkkal.
Akinwande folytatja a szilicén előállításához alkalmazható új szerkezetek és módszerek vizsgálatát, a jelenlegieknél jóval alacsony energiaszükségletű, nagy sebességű digitális számítógép processzorok reményében.
Az egyetlen atom vastagságú szilicén kimagasló elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, eddig azonban nagyon bonyolultnak bizonyult mind az előállítása, mind a felhasználhatósága. Deji Akinwande, a texasiak számítástechnikai mérnök docense csapatával megoldotta a szilicén egyik legnagyobb problémáját. A kutatócsoport által a világon elsőként kifejlesztett tranzisztorok a jelenleg alkalmazott félvezető anyagok legvékonyabbikán alapulnak és kikövezhetik az utat a chipek egy új, gyorsabb és energiahatékonyabb generációja előtt.
Néhány éve a mesterségesen előállított szilicén csupán elméleti síkon létezett. A csodaanyagként kezelt szénalapú grafénból kiindulva nem volt nehéz eljutni egy szilícium atomokból álló, hasonló szerkezetig. A szilicén és a szilícium kapcsolatából adódóan Akinwande, aki grafén tranzisztorokon is dolgozik, nagy lehetőséget látott a projektben, a processzorgyártók ugyanis a szilíciumra vannak berendezkedve, egy rokon anyagból adódó kompatibilitás hatalmas előnyt jelenthet. "Azon túl, hogy egy újabb szereplőt mutatunk be a kétdimenziós anyagok színterén, a szilicén a szilikonnal közös kémiai rokonságából adódóan jó lehetőséget jelent a félvezető iparban" - mondta Akinwande. "A nagy áttörést az alacsony hőmérsékleten történő hatékony előállítás és a szilicén eszközök megalkotása jelenti"
Mindeddig komplexitása és a levegő által okozott instabilitása miatt a legnagyobb problémát a szilicén rendkívül bonyolult előállítása és alkalmazhatósága jelentette. Ezek kiküszöbölése érdekében Akinwande az olasz Mikroelektronikai és Mikrorendszerek Intézetének szakértőjéhez, Alessandro Molle-hoz fordult segítségért, akivel kidolgozott egy olyan új előállítási módszert, ami csökkentette a levegőnek való kitettséget. Első lépésként a kutatók vákuumkamrában szilícium atomok forró páráját kondenzálták egy ezüst kristálytömbre. A módszerrel egy vékony ezüstrétegen elhelyezkedő szilicén lapot alkottak, aminek egy nanométer vastag timföld réteget helyeztek el a tetején. A két védőrétegnek köszönhetően a csapat biztonságosan le tudta fejteni a lapot az alapról és ezüst oldalával felfelé egy oxidált szilícium alaprétegre helyezték. Ezután finoman eltávolították az ezüst egy részét, két fémszigetet hagyva elektródákként, köztük egy szilicén csíkkal.
Akinwande folytatja a szilicén előállításához alkalmazható új szerkezetek és módszerek vizsgálatát, a jelenlegieknél jóval alacsony energiaszükségletű, nagy sebességű digitális számítógép processzorok reményében.