Egyre kisebb, egyre kompaktabb Speciális tippek a számítógépes chipek karcsúsítására; Félvezető;
2020. augusztus 11., 11:19 | WEKA Newsdesk, kv
A kalcium-fluorid kristályos szigetelő, világosan meghatározott felülettel. Ezért ideális rendkívül kicsi tranzisztorok gyártására.
Hosszú ideje elhanyagolt valami fontos dolog az elektronikában: Ha az elektronikus alkatrészek egyre kisebbek lesznek, megfelelő szigetelőanyagokra van szükség. A Bécsi Műszaki Egyetem kutatói most felfedezték ezeket.
A számítógépes chipeknek folyamatosan kisebbnek kell lenniük. Ezért az úgynevezett 2D anyagokat nagy reménynek tekintik: Olyan vékonyak, amennyire egy anyag lehet, szélsőséges esetekben csak egyetlen atomrétegből állnak. Ez lehetővé teszi új típusú elektronikai alkatrészek gyártását, apró méretekkel, nagy sebességgel és optimális hatékonysággal.
Ezzel azonban van egy probléma: Az elektronikus alkatrészek mindig több anyagból állnak. A 2D-anyagok csak akkor hasznosak, ha megfelelő anyagrendszerekkel kombinálhatók - például speciális szigetelő kristályokkal. Ha nem gondolkodik ezen, akkor a 2D-anyagok állítólagos előnye semmis. A Bécsi Műszaki Egyetem Villamosmérnöki Karának egy csapata most ezeket a megállapításokat a Nature Communications folyóirat publikációjában mutatta be.
A vonal vége atomi léptékben
"A félvezetőipar ma szilíciumot és szilícium-oxidot használ" - mondja Prof. Grasser professzor, a TU Wien Mikroelektronikai Intézetének munkatársa. „Ezek nagyon jó elektronikus tulajdonságokkal rendelkező anyagok. Hosszú ideig ezekből az anyagokból egyre vékonyabb rétegeket használtak az elektronikai alkatrészek miniatürizálásához. Ez sokáig jól ment - de valamikor egy természetes határral lépsz túl. "
Amikor a szilíciumréteg csak néhány nanométer vastagságú, vagyis csak néhány atomrétegből áll, az anyag elektronikus tulajdonságai nagyon jelentősen romlanak. "Az anyag felülete másként viselkedik, mint az anyag belseje - és ha az egész tárgy gyakorlatilag csak felületekből áll, és már nincs belseje, akkor teljesen más anyagtulajdonságai lehetnek, mint vastagabb rétegekből tudjuk."
Ezért át kell váltania más anyagokra, ha ultravékony elektronikai alkatrészeket szeretne gyártani. És itt jönnek szóba az úgynevezett 2D anyagok: Kiváló elektronikus tulajdonságokat ötvöznek minimális vastagsággal.
A vékony rétegekhez vékony szigetelőkre van szükség
De ezeket az anyagokat a megfelelő felszínhez kell rögzíteni, és a tetejére szigetelőrétegre is szükség van - és ha ez a szigetelő nem is rendkívül vékony és rendkívül jó minőségű, akkor semmit sem nyert a 2D-s anyagokból. "Olyan, mintha sáros talajon vezetnék egy Ferrarit, és azon tűnődnék, miért nem állítottad fel a sebességrekordot" - magyarázza Grasser Tibor.
A Bécsi Műszaki Egyetem Grasser Tibor és Yury Illarionov által vezetett csapata ezért elemezte, hogyan lehet ezt a problémát a legjobban megoldani. A szilícium-dioxid, amelyet általában az iparban szigetelőként használnak, ebben az esetben nem megfelelő - állapították meg a kutatók. Ennek oka, hogy nagyon rendezetlen felülete van, és sok szabad, telítetlen kötés zavarja a 2D anyag elektronikus tulajdonságait.
Jobb, ha olyan szerkezetet keresünk, amely a lehető legrendezettebb: a csapat már nagyon jó eredményeket ért el speciális fluoratomokat tartalmazó kristályokkal. A kalcium-fluorid szigetelővel ellátott tranzisztor prototípus már meggyőző adatokat szolgáltatott, és más anyagokat még elemeznek.
Új 2D-s anyagokat folyamatosan felfedeznek. "Ez szép, de eredményeinkkel meg akarjuk mutatni, hogy ez önmagában nem elég" - mondja Grasser Tibor. Ezeket az új elektromosan vezető 2D anyagokat új típusú szigetelőkkel is kombinálni kellene. Csak ezután lehet valóban hatékony és nagy teljesítményű elektronikus alkatrészek új generációját gyártani miniatűr formátumban.