Kivihiilen nanopisteet tehostavat 2D-elektroniikkaa15.10.2026
Rakenteellinen ominaisuus, joka antaa 2D-materiaaleille tämän edun, tekee niiden valmistamisen käytännön laitteiksi vaikeammaksi. 2D-materiaaleilla, joissa ei ole vapaita kemiallisia sidoskohtia, kerrosten kasvattaminen niille on ollut pitkäaikainen ongelma Illinoisin yliopiston Urbana-Champaignin Grainger College of Engineeringin materiaalitieteen ja tekniikan professori Qing Cao on löytänyt yllättävän ratkaisun kivihiilestä valmistetuista nanopartikkeleista. Yhdysvaltain energiaministeriön kansallisen energiateknologian laboratorion (NETL) kanssa työskennellessään Cao on tunnistanut bitumipitoisesta kivihiilestä peräisin olevia hiilinanopisteitä – grafeenin kaltaisia hiukkasia, joiden leveys on 1–5 nanometriä ja paksuus yksi atomikerros – atomitason rajapintasideaineeksi. Ne helpottavat integroitumista 2D-materiaalien, kuten grafeenin ja molybdeenidisulfidin, kanssa hybridisoitumatta 2D-kanavien kanssa, mikä tarjoaa puhtaan rajapinnan ja tukee erittäin ohuiden, lämpöstabiilien dielektristen materiaalien kasvua. ”2D-materiaaleista valmistetut piirirakenteet ovat erittäin houkuttelevia, koska ne voivat jatkaa skaalautumista ulottuvuuksiin, joissa pii alkaa kohdata merkittäviä suorituskykyhaasteita”, Cao sanoi. ”Mutta ilman 3D-kemiallista rakennetta on erittäin vaikeaa kasvattaa suoraan transistorin päälle toimintaan tarvittavia eristäviä dielektrisiä kerroksia. Se on hyvin vanha pullonkaula, ja olemme löytäneet ratkaisun odottamattomasta paikasta: prosessoidusta kivihiilestä valmistetut hiilinanopisteet, jotka toimivat pohjakerroksena ohuiden, korkealaatuisten dielektristen materiaalien kasvattamiseksi 2D-materiaaleille puhtaalla rajapinnalla, mikä on ratkaiseva askel transistoreiden valmistuksessa.” Cao ja hänen tutkimusryhmänsä raportoivat Nature Communications -lehdessä, että dielektriset kerrokset ylittävät IEEE:n asettamat teollisuustavoitteet kansainvälisessä laitteiden ja järjestelmien tiekartassa, ja niiden ekvivalentti oksidin paksuus on 0,6 nanometriä ja vuotovirran tiheys alle 0,1 milliampeeria neliösenttimetriä kohden. He osoittivat lisäksi, että tällä menetelmällä valmistetut kenttävaikutustransistorit ja integroidut logiikkaportit toimivat noin 0,5 voltin jännitteellä, mikä on huomattavasti pienempi kuin nykypäivän edistyneille piiteknologioille tyypillinen noin 0,6–0,8 voltin toiminta-alue, mikä vähentää laskennan vaatimaa energiaa. Aiheesta aiemmin: Voisiko hiili olla kvanttilaskennan tulevaisuus? |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Yksi ehdokas tietoteknisen laskentatehon kasvutrendin jatkajaksi ovat "kaksiulotteiset" materiaalit: vain yhden atomin paksuisina ne voivat säilyttää erinomaisen elektronisen suorituskyvyn jopa sen jälkeen, kun pii alkaa kohdata merkittäviä skaalaushaasteita.