Ученые создали первый в мире полупроводник из графена

Ученые преодолели ограничение графена и использовали этот материал в качестве рабочего полупроводника на терагерцовых частотах.

Ученые создали первый в мире работающий полупроводник на основе эпитаксиального графена. Он отличается особой кристаллической структурой углерода и обеспечивает большую подвижность, чем кремний. Электроны движутся там с меньшим сопротивлением. 

Транзисторы, изготовленные на основе эпитаксиального графена могут работать на терагерцовых частотах. Это в 10 раз быстрее, чем у кремниевых транзисторов, используемых в современных чипах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Полупроводники обладают свойствами как проводников, так и изоляторов. В правильном температурном диапазоне электроны движутся через полупроводниковый материал, но только при приложении определенного количества энергии.  

Почти в каждом чипе используется полупроводник, изготовленный из кремния, но материал достигает своих пределов и прогресс замедляется. 

Графен, в отличии от кремния, состоит из одного слоя атомов углерода, плотно связанных в гексагональную решетку. Он лучший проводник, чем кремний. А это значит, что электроны движутся через материал с меньшим сопротивлением.

Несмотря на благоприятные свойства, графен никогда не использовали в электронике из-за отсутствия «запрещенной зоны» — минимального количества энергии, необходимой для перемещения электронов при приложении к ним электрического поля. Именно эта зона позволяет транзисторам включаться и выключаться.

По словам ученых, чтобы функционировать как рабочий транзистор, с графеном необходимо каким-то образом обращаться, но в прошлом это ухудшало его свойства.

Но исследователи решили эту проблему, сплавив графен с карбидом кремния с помощью специальных печей и специального процесса нагрева и охлаждения. Помещая в графен атомы, которые «отдают» электроны системе в процессе легирования, они создали функциональный графеновый полупроводник с «запрещенной зоной».

Это не только первый работающий полупроводник на основе графена, его также можно интегрировать в существующие производственные процессы. Переход от изготовления кремниевых пластин к пластинам из карбида кремния, используемым в эпитаксиальном графене, «вполне возможен», уверены эксперты.