Двумерные материалы или 2D материалы, если коротко, чрезвычайно универсальны, хотя – или часто более точно, потому что – они составлены всего из одного или нескольких слоев атомов. Графен – самый известный 2D материал. Дисульфид молибдена (слой, состоящий из атомов молибдена и серы, который является гущей с тремя атомами) также, падает в этой категории, хотя, в отличие от графена, у этого есть полупроводниковые свойства.
С его командой доктор Томас Мюллер от Института Фотоники в TU Wien проводит исследование 2D материалов, рассматривая их как многообещающую альтернативу для будущего производства микропроцессоров и других интегральных схем.Целое и сумма его частейМикропроцессоры – обязательный и повсеместный компонент в современном мире.
Без их длительного развития многие вещи, которые мы считаем само собой разумеющимся в эти дни, такие как компьютеры, мобильные телефоны и Интернет, не были бы возможны вообще. Однако, в то время как кремний всегда использовался в производстве микропроцессоров, это теперь медленно но конечно приближается к своим физическим пределам. 2D материалы, включая дисульфид молибдена, показывают обещание как потенциальные замены.
Хотя исследование отдельных транзисторов – самые основные компоненты каждой цифровой схемы – сделанный из 2D материалов шли полным ходом, так как графен был сначала обнаружен назад в 2004, успех в создании более сложных структур был очень ограничен. До настоящего времени только было возможно произвести отдельные цифровые компоненты, используя несколько транзисторов. Чтобы достигнуть микропроцессора, который работает независимо, однако, намного более сложные схемы требуются, который, кроме того также должен взаимодействовать безупречно.Томасу Мюллеру и его команде теперь удалось достигнуть этого впервые.
Результат – 1-битный микропроцессор, состоящий из 115 транзисторов по площади поверхности приблизительно 0,6 mm2, которые могут управлять простыми программами. «Хотя, это действительно, конечно, кажется скромным, когда по сравнению с отраслевыми стандартами на основе кремния, это – все еще главный прорыв в этой области исследования. Теперь, когда у нас есть доказательство понятия, в принципе нет никакой причины, что дальнейшее развитие не может быть сделано», говорит Стефан Уочтер, докторант в исследовательской группе доктора Мюллера.
Однако это не был просто выбор материала, который привел к успеху научно-исследовательской работы. «Мы также уделили внимательное внимание размерам отдельных транзисторов», объясняет Мюллер. «Точные отношения между конфигурациями транзистора в компоненте принципиальной схемы – критический фактор в способности создать и литься каскадом более комплексные единицы».Будущие перспективыСамо собой разумеется, что намного более сильные и сложные схемы с тысячами или даже миллионами транзисторов будут требоваться для этой технологии иметь практическое применение. Воспроизводимость продолжает быть одной из самых сложных задач, в настоящее время стоявших в этой области исследования наряду с урожаем в производстве используемых транзисторов.
В конце концов, оба производство 2D материалов во-первых, а также методов для обработки их далее все еще на очень ранних стадиях. «Поскольку наши круги были сделаны более или менее вручную в лаборатории, такие сложные проекты, конечно, в значительной степени вне нашей способности. Каждые из транзисторов должны функционировать как запланировано для процессора, чтобы работать в целом», объясняет Мюллер, подчеркивая огромные требования, помещенные в современную электронику. Однако исследователи убеждены, что промышленные методы могли открыть новые области применения для этой технологии за следующие несколько лет. Одним таким примером могла бы быть гибкая электроника, которая требуется для медицинских датчиков и гибких дисплеев.
В этом случае 2D материалы намного более подходят, чем кремний, традиционно используемый вследствие их значительно большей механической гибкости.