211service.com
Atom-tykt silicium laver vanvittigt-hurtige transistorer
En eksotisk, men vanskelig at bruge ny form for silicium er blevet øjnet som en måde at bygge meget hurtigere computerchips på. Og nu kan de, der ser dets potentiale, hævde en mindre sejr ved at lave de første transistorer ud af tingene.
Et scanning tunneling mikroskop billede af silicen.
Det pågældende materiale, kaldet silicen, kommer i lag af silicium kun et atom tykt. Denne struktur giver materialet fantastiske elektriske egenskaber, men det betyder også, at det er djævelsk vanskeligt at producere og arbejde med. Selv at teste dets grundlæggende egenskaber i laboratoriet har vist sig vanskeligt.
Nu Deji Akinwande , en computeringeniør ved University of Texas i Austin, har fundet ud af, hvordan man arbejder med det genstridige materiale godt nok til at lave de første silicentransistorer. Hans første af deres slags enheder er beskrevet i dag i journalen Natur nanoteknologi , og de lever op til silicens løfte ved at skifte med ekstraordinær hastighed.
Et andet atomtykt materiale, grafen, som er lavet af kulstof, har de seneste år fået opmærksomhed for sine egne elektriske egenskaber. Tiltrækningen ved silicen, siger Akinwande, er, at den er lavet af de ting, Silicon Valley blev bygget på. I teorien burde det være lettere for chipproducenter at arbejde med end noget nyt materiale. Hvis vi kan få gode egenskaber ud af det, kan det umiddelbart oversættes af halvlederindustrien, siger Akinwande.
I 2007 Lok Lew Yan Voon , en fysiker ved Citadel Military College i South Carolina, som udgav noget af det første teoretiske arbejde om silicen, beregnede, at materialets elektriske egenskaber skulle svare til grafens. I teorien kan elektroner krydse gennem både grafen og silicen uden at støde på så mange forhindringer, hvilket muliggør meget hurtige kredsløb.
I modsætning til grafen forekommer silicen imidlertid ikke naturligt. Det skal dyrkes i laboratoriet på et ark sølv. Kulstof er også mere stabil i sin todimensionelle form, hvorimod siliciumatomer er under belastning i denne form. Til dato er det kun en håndfuld grupper, der har haft held med at lave silicen i laboratoriet. En gruppe i Frankrig dyrkede et nanoskalabånd af tingene i 2010. Nogle få andre lykkedes med at fremstille materialet i 2012.
Når først silicen er lavet, betyder dets ustabilitet, at det skal beskyttes, og det gør det svært at arbejde med. Akinwande fandt en vej rundt om dette problem ved at dyrke silicen på en tynd film af sølv dækket med aluminiumoxid. Det hele pilles derefter af, og lægges derefter på en siliciumdioxidwafer med sølvsiden opad. Til sidst er sølvet mønstret for at lave de elektriske kontakter til en transistor. Når enheden er færdig, er den stabil under vakuumforhold.
Det viser sig måske ikke at være kommercielt praktisk, men det er en vigtig første demonstration, siger Lok. Transistorernes ydeevne stemmer også overens med teoretiske forudsigelser om silicens hurtige motorvej for elektroner. De formåede at gøre, hvad mange mennesker har forsøgt at gøre, siger han.
Denne demonstration er især vigtig, fordi der har været skepsis over for silicens potentiale, siger Patrick Vogt , en forsker ved Technische Universität Berlin og en af en håndfuld forskere, der har haft held med at dyrke materialet. Vogt arbejder i øjeblikket på nye metoder til at lave den.
Fengnian Xia, en elektroingeniør ved Yale University, som udvikler elektronik baseret på grafen, phosphoren og andre todimensionelle materialer, kan tælles som en af skeptikerne. Han siger, at transistorresultaterne rapporteret af Texas-gruppen ser gode ud og repræsenterer et stort videnskabeligt fremskridt. Men hvad angår silicens kommercielle potentiale, siger Xia, at han ikke er overbevist om, at det ville være nemmere at kommercialisere end grafen, eller at det kan gøre noget, som grafen ikke kan.
Vogt siger, at silicen sandsynligvis ikke vil erstatte silicium helt, men det kan tilføje ny funktionalitet til nutidens chips. Det viser, at man faktisk kan gøre noget med silicen, siger han.