Polovodiče budúcnosti: 2D je lepšie ako 3D

Všeobecne vžitý názor, že viac dimenzií prináša vyššiu kvalitu, platil v reprodukcii zvuku, projekcii videa, ale aj v mikroelektronike. Tam prinášajú 3D štruktúry vyššiu hustotu integrácie, ale aj špecifické problémy. Mnohovrstvovú štruktúru tranzistorov je napríklad ťažšie chladiť.

Nové nanotechnologické materiály s 2D štruktúrou (vrstvičky s hrúbkou jedného atómu) ako grafén, borofén, alebo stanén sľubujú zbúrať súčasné limity. Vyznačujú sa totiž mimoriadnymi elektrickými vlastnosťami, najmä vysokou vodivosťou.

Zvlášť zaujímavý z tohto hľadiska vyzerá byť stanén, čo je 2D materiál z oxidu cínnatého (SnO). Poznatky z výskumu publikovali vedci z University of Utah v magazíne Advanced Electronic Materials.

V článku „An Unexplored p-Type van der Waals Semiconductor: Material Characteristics and Field Effect Transistors“ (Nepreskúmané van der Waalsove polovodiče typu P: materiálové charakteristiky a poľom riadené tranzistory) uvádzajú, že 2D materiály sú sľubnými kandidátmi pre vývoj novej generácie vysoko výkonných a energeticky úsporných elektronických a optoelektronických komponentov.

Šéf výskumného tímu z University of Utah, docent Ashutosh Tiwari.

Samotná lepšia vodivosť by však nestačila na to, aby nové materiály nahradili kremík ako „zlatý štandard“ mikroelektroniky. V polovodičoch sa totiž nepohybujú len elektróny so záporným elektrickým nábojom, ale aj kladné diery (aj keď ide o virtuálne častice, „diery“ po chýbajúcich elektrónoch).

Nový materiál z oxidu cínnatého (stanén) je prvým 2D polovodičom, v ktorom sa pohybujú elektróny, aj diery a navyše omnoho rýchlejšie, ako v kremíku. Výskumníci sú optimistickí ohľadom reálneho využitia nového materiálu. Tvrdia, že sa otvárajú možnosti na vytvorenie menších a rýchlejších tranzistorov.

Šéf výskumného tímu docent Ashutosh Tiwari uviedol, že koeficient zrýchlenia tranzistorov by mohol dosiahnuť až faktor 100. Okrem toho 2D štruktúra zlepšuje možnosti chladenia a zvyšuje účinnosť.

Kvôli menšiemu počtu kolízií elektrónov sa znižuje spotreba a prehrievanie, čo pozitívne vplýva na výdrž batérií v mobilných zariadeniach.

Materiál z vrstvičiek stanénu vedci vytvorili formou pulzného laserového nanášania na substrát zo zafíru a SiO₂. Následne pomocou Ramanovej spektroskopie a röntgenovej štruktúrnej analýzy overili, že sa naozaj vytvorila jediná vrstva atómov SnO.

Pri ďalšom impulze laseru sa vytvorila ďalšia vrstva, atď. Pomocou niekoľkých vrstiev SnO tak vedci dokázali vytvoriť FET tranzistory.

Výsledky možno vyzerajú priveľmi optimisticky, ale doc. Tiwari sľubuje, že do dvoch, až troch rokov by sa mohli objaviť funkčné prototypy . V takom prípade by sa mohlo nad kremíkovými polovodičmi začať zmrákať.