Eristeidenkin on ohennuttava

Tällä hetkellä on olemassa vain pieni valikoima erittäin pienten transistorien eristeitä: SiO2 (oikea) on amorfinen ja sen pinta on määrittelemätön, hBN (keskimmäinen) on kiteinen, mutta se ei ole hyvä eristin, CaF2 (vasen) on kiteinen ja pinta on puhdas ja se on erittäin hyvä eriste.

Jo pitkään tietyt tärkeät asiat on jätetty huomiotta elektroniikassa: Jos haluat pienentää ja pienentää elektronisia komponentteja, tarvitset myös oikeat eristemateriaalit.

2D-materiaaleille asetetaan suuria toiveita elektroniikassa: ne ovat niin ohuita kuin materiaali voi olla. Tämä mahdollistaa uusien pienten mittojen elektronisten komponenttien valmistuksen.

On kuitenkin yksi ongelma: elektroniikan komponentit koostuvat aina useammasta kuin yhdestä materiaalista. 2D-materiaaleja voidaan käyttää tehokkaasti vain, jos ne voidaan yhdistää sopiviin materiaalijärjestelmiin - kuten erityisiin eristekiteisiin.

Jos tätä ei oteta huomioon, se etu, jota 2D-materiaalien oletetaan tarjoavan, mitätöidään. TU Wienin (Wien) sähkötekniikan tiedekunnan ryhmä esittelee nyt nämä havainnot lehdessä "Nature Communications".

Kun nykyisin suositun piin kerros on vain muutama nanometriä paksu. Kun materiaali koostuu vain muutamasta atomikerroksesta, sen elektroniset ominaisuudet huononevat huomattavasti. "Materiaalin pinta käyttäytyy eri tavalla kuin suurin osa materiaalista - ja jos koko esine koostuu käytännössä vain pinnoista eikä siinä enää ole massaa, sillä voi olla täysin erilaiset materiaaliominaisuudet."

Siksi on vaihdettava muihin materiaaleihin, jotta voidaan luoda erittäin ohuita elektronisia komponentteja. Ja tässä kohtaavat niin kutsutut 2D-materiaalit: niitä yhdistävät erinomaiset elektroniset ominaisuudet ja minimaalinen paksuus.

"On käynyt ilmi, nämä 2D-materiaalit ovat kuitenkin vain tarinan ensimmäinen puoli", sanoo Tibor Grasser. "Materiaalit on sijoitettava sopivalle alustalle, ja sen päälle tarvitaan myös eristekerros - ja tämän eristeen on myös oltava erittäin ohut ja erittäin hyvälaatuinen, muuten et saa mitään etua 2D-materiaaleista."

TU Wienin ryhmä Tibor Grasserin ja Jurij Illarionovin ympärillä on siksi analysoinut tämän ongelman ratkaisemista. "Piidioksidi, jota yleensä käytetään eristeenä, ei sovellu tässä tapauksessa", toteaa Tibor Grasser. "Sillä on erittäin epäjärjestynyt pinta ja monia vapaita, tyydyttymättömiä sidoksia, jotka häiritsevät 2D-materiaalin elektronisia ominaisuuksia."

On parempi etsiä hyvin järjestettyä rakennetta: Ryhmä on jo saavuttanut erinomaisia tuloksia fluorideilla - erityisellä kideluokalla. Kalsiumfluoridieristeellä varustettu transistorin prototyyppi on jo antanut vakuuttavaa dataa ja muita materiaaleja analysoidaan edelleen.

"Uusia 2D-materiaaleja on parhaillaan löydettävissä. Se on hienoa, mutta tuloksillamme haluamme osoittaa, että se ei yksin riitä", Tibor Grasser sanoo. "Nämä uudet puolijohtavat 2D-materiaalit on myös yhdistettävä uudentyyppisiin eristeisiin. Vain niin me todella onnistumme tuottamaan uuden sukupolven tehokkaita elektronisia komponentteja pienoiskoossa".

Aiheesta aiemmin:

Kontakteja 2D-transistoreille

Johtaa vai eristää? Siinäpä kysymys?