Was macht Graphen in Transistoren anstelle von Silizium?

Graphen ist in den Medien aufgrund seiner hervorragenden elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften als Wundermaterial bekannt. In den letzten Jahren hat es viele Wissenschaftler und eine große Menge an Forschungsgeldern angezogen. Die Entdeckung von Graphen wurde mit dem Nobelpreis für Physik 2010 ausgezeichnet. Kürzlich behaupteten IBM-Forscher jedoch, dass die Anwendungsaussichten von Graphen möglicherweise übertrieben sind, da die Eigenschaften von Graphen selbst einige Hindernisse für die Graphenforschung darstellen.

"Es ist unwahrscheinlich, dass Silicon ersetzt wird."

Graphen ist eine zweidimensionale Gitterstruktur, die aus einschichtigen Kohlenstoffatomen besteht und die Grundeinheit darstellt, aus der andere Kohlenstoff-Allotrope bestehen. Theoretische Forschungen zu Graphen gibt es seit Jahrzehnten, aber bisher glaubte niemand, dass Graphen stabil sein könnte. Im Jahr 2004 verwendete Gem, Dr. Novoselov, Physikprofessor an der Universität von Manchester in Großbritannien, normales Klebeband, das in Supermärkten gekauft wurde, um wiederholt hochgerichteten pyrolytischen Graphit zu entfernen, um stabiles Graphen zu erhalten. Die Entdeckung erregte sofort die Aufmerksamkeit von Physikern, Chemikern und Materialwissenschaftlern und löste eine weitere Welle der Forschung zu Kohlenstoffmaterialien aus. 2010 erhielten Geim und Novoselov den jährlichen Nobelpreis für Physik für die Entdeckung von Graphen, und die Anwendungsaussichten für Graphen sind vielversprechender.

Da ein Transistorherstellungsmaterial der kritischste Inhalt bei der Anwendung von Graphen ist, ist das üblicherweise zur Herstellung von Transistoren verwendete Material Silizium, aber wenn das mit Silizium hergestellte Kristallröhrengatter weniger als 5 nm beträgt, versagt der Transistor und Graphen nicht existieren. Ein solches Problem. Der jüngste IBM-Wissenschaftler Yu-MingLin sagte jedoch, dass Graphen Silizium wahrscheinlich nicht ersetzen wird.

Anfang 2010 veröffentlichte IBM in der Zeitschrift Science einen Artikel, in dem bekannt gegeben wurde, dass Graphen-Transistoren verwendet wurden, um Schaltungen mit bis zu 100 GHz herzustellen. Aber Yu-Minglin begann 2011 den Medien zu sagen, dass es einen deutlichen Unterschied zwischen den Transistoren, die sie mit Graphen herstellen, und den in der CPU verwendeten Transistoren gibt. Der Graphen-Transistor hat keine Energielücke und kann daher nicht "vollständig ausgeschaltet" werden, was bedeutet, dass mehr Energie austritt und eine Überhitzung verursacht. Die Aussicht, Silizium vollständig durch Graphen zu ersetzen, ist weniger vielversprechend, aber laut Lin können sich Graphen und Silizium ergänzen, um die Fähigkeiten von Computerchips in Form von Hybridschaltungen zu erweitern.

In diesem Zusammenhang ist Professor Kang Feiyu vom Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Tsinghua-Universität der Ansicht, dass das derzeitige Problem der Energielücke von Graphen umstritten ist und die Forschung zur Änderung der Energielücke durch Einsatz von Doping-Technologie noch im Gange ist.

Die Zukunft ist unendlich und die Transistorforschung ist besorgt.

Vor der Entdeckung von Graphen glaubte die Physik, dass thermodynamische Schwankungen es nicht ermöglichten, dass zweidimensionale Kristalle bei endlichen Temperaturen existieren. Die Entdeckung von Graphen hatte jedoch zu dieser Zeit einen großen Einfluss auf die körperliche Wahrnehmung und wurde sofort als vielversprechende Anwendung dargestellt. Graphen hat eine sehr gute Leistung. Es hat eine übergroße spezifische Oberfläche und gute mechanische Eigenschaften. Zusätzlich hat Graphen eine Wärmeleitfähigkeit, die zehnmal so hoch ist wie die von Kupfer. Seine Lichtdurchlässigkeit ist gut und die Absorptionsrate von Licht beträgt nur 2,3%; Es hat viele besondere Eigenschaften in Bezug auf elektrische und magnetische Eigenschaften, wie den Quanten-Hall-Effekt bei Raumtemperatur, den bipolaren elektrischen Feldeffekt, den Ferromagnetismus, die Supraleitung und die hohe Elektronenmobilität. Aufgrund dieser hervorragenden Eigenschaften hat Graphen gute Anwendungsaussichten für Transistoren, Solarzellen, Superkondensatoren, Feldemissionen und Katalysatorträger.

Neben dem oben genannten alternativen Silizium als Transistormaterial kann Graphen auch in Solarzellen eingesetzt werden. Der wichtige Teil der Solarzelle ist die Fensterelektrode. Gegenwärtig ist das üblicherweise verwendete Fensterelektrodenmaterial der transparente Indiumzinnoxid-Halbleiterfilm (ITO), aber der Gehalt an Indium ist auf der Erde begrenzt, und das ITO weist im nahen Infrarotbereich eine schlechte Lichtdurchlässigkeit auf. Und unter sauren Bedingungen instabil. Es ist nicht förderlich für die Herstellung flexibler Vorrichtungen, und Graphen wird als geeignetes Material zum Ersetzen von ITO angesehen.

Da Graphen Gasmoleküle adsorbiert, ändert sich außerdem seine Leitfähigkeit, sodass Graphen als Gassensor verwendet werden kann, und der Vorteil liegt auf der Hand. Darüber hinaus steht die Leistung von Superkondensatoren angesichts der steigenden Nachfrage nach tragbaren elektronischen Geräten vor Herausforderungen. Das Finden geeigneter Elektrodenmaterialien ist ein wichtiger Weg, um die Leistung von Superkondensatoren zu verbessern. Die hervorragende Leistung von Graphen wird als ideales Material für Superkondensatorelektroden angesehen.

Graphen hat mehr als das. Dr. Geim, der einst Graphen mit Kunststoff verglichen hat, glaubt, dass Graphen eine Vielzahl von Materialien entwickeln kann, genau wie Kunststoff, die in Zukunft in allen Lebensbereichen angewendet werden können. Forscher haben auch herausgefunden, dass Graphen als Bandagen, Lebensmittelverpackungen und sogar als antibakterielle T-Shirts verwendet werden kann. Es kann auch zur Entwicklung und Herstellung von hauchdünnen ultraleichten Flugzeugmaterialien und extrem robusten Körperschutzmitteln verwendet werden. Wissenschaftler haben sogar ihre Träume vom Bau eines 23000 Meilen langen Weltraumaufzugs auf Graphen verwirklicht.

"Obwohl Graphen in vielen Bereichen gute Anwendungen hat, ist die Herstellung von Transistorvorrichtungen als Ersatzmaterial für Silizium ein wichtiger Teil der Erwartungen der Wissenschaftler und einer der Bereiche, die die größte Aufmerksamkeit erhalten haben." Stellvertretender Forscher Guohaiming vom Institut für Physik der Die chinesische Akademie der Wissenschaften berichtete dem "Science and Technology Guide".

Das Gebiet der Transistoren ist mit Schwierigkeiten konfrontiert.

Obwohl die Medien und einige Wissenschaftler in den letzten Jahren von der Entdeckung von Graphen begeistert waren, sind viele Forscher immer noch vorsichtig und glauben, dass die Zukunft der Graphenanwendung leicht optimistisch sein könnte, da Graphen tatsächlich im Transistorbereich liegt. Schwierigkeiten.

Kangfeiyu, ein Forscher, sagte dem Science Guide, dass er glaubt, dass Graphen noch weit davon entfernt ist, verwendet zu werden. Da Graphen nur eine Kohlenstoffatomschicht aufweist, ist es sehr schwierig, eine Graphenmembran herzustellen, die für industrielle Anwendungen nicht defekt ist. Darüber hinaus muss Graphen mit anderen Materialien kombiniert werden. Viel Forschung und Erforschung.

Dr. Cui Tongxiang, Institut für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik der Tsinghua-Universität, sagte Reportern, dass Graphen ein Einkristallmaterial ist, in der Anwendung jedoch häufig einem polykristallinen Material überlagert wird und das polykristalline Material dem Elektronentransport aufgrund von nicht förderlich ist die Existenz von Korngrenzen. Dies ist zu einem Mangel an Graphen geworden.

Guohaiming, Associate Researcher, erklärte gegenüber dem Technologieführer, dass Graphenanwendungen in Transistoren oder nanoskaligen Bauelementen jetzt mit vielen Schwierigkeiten und Herausforderungen konfrontiert sind. Es überrascht nicht, dass es neben Problemen mit Energielücken auch Prozessprobleme gibt. Zum Beispiel große Bereiche mit hochwertiger Graphenaufbereitung, Kontrolle der Grenzanpassung, Gerätemontage usw., aber wie bei jeder neuen Sache sollte Graphen Zeit und Vertrauen erhalten, das Problem wird immer im Laufe der Zeit gelöst, zumindest um uns zu bringen Einige neue Methoden und Ideen. Guohaiming sagte auch, dass Graphen als ideales zweidimensionales einschichtiges Atomkristallmaterial auch ohne Berücksichtigung zukünftiger Anwendungen eine Reihe überraschender spezifischer elektronischer und physikalischer Eigenschaften enthält, in die es sich zu investieren lohnt.

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