Исследователи из Университета штата Огайо разработали методику для создания листов германия толщиной в один слой атомов для возможного использования в электронике. Германий был первым материалом, на основе которого были созданы первые примитивные транзисторы более 60 лет назад. Теперь, согласно новому исследованию, после его модификации он может дать новый путь развития электроники будущего.
Полученный материал по структуре аналогичен графену, широко разрекламированному двумерному материалу, состоящему из одного слоя атомов углерода. Как известно, графен продемонстрировал уникальные свойства по сравнению с графитом, его более распространенным многослойным «коллегой». Хотя графен пока еще не используется в коммерческих целях, но эксперты полагают, что в один прекрасный день на его основе появятся более быстрые компьютерные чипы, и даже сверхпроводящие материалы, по крайней мере, многие лаборатории мира работают сейчас над этим.
Джошуа Гольдбергер (Joshua Goldberger), ассистент профессора химии в штате Огайо, решил взять другое направление и сосредоточиться на более традиционном материале.
«Большинство людей думают о графене как о материале будущей электроники, — сказал Гольдбергер. — Но кремний и германий еще в настоящее время не уступили своих позиций в электронной промышленности. И мы искали такие уникальные формы кремния и германия с такими полезными свойствами, чтобы получить преимущество нового материала, с использованием существующих технологий, но с меньшими затратами».
В природе, германий образует многослойные кристаллы, в которых каждый атомный слой соединен друг с другом, а одноатомные слои, как правило, нестабильны. Чтобы обойти эту проблему, команда Гольдбергера создали многослойные кристаллы германия с атомами кальция между слоями. Затем они растворили кальций водой и соединили оставшиеся свободные химические связи с водородом. В результате они смогли снимать отдельные слои «germanane».
«Бронированный» атомами водорода «germanane» оказался еще химически устойчивее, чем традиционный кремний, он не окисляется на воздухе и в воде, в противоположность кремнию, что облегчает работу с ним с использованием обычных технологий производства микросхем.
Основной особенностью, которая делает «germanane» привлекательным для оптоэлектроники, это то, что он имеет, как говорят ученые, «прямую запрещенную зону», что означает, что свет легко поглощается или испускается. Такие материалы, как обычный кремний и германий имеют «косвенные запрещенные зоны», что означает, что поглощение и испускание света происходит с большим трудом.
«Когда вы пытаетесь использовать материал с непрямой запрещенной зоной для создания солнечного элемента, то вы должны сделать этот элемент достаточно толстым, если вы хотите получить достаточно энергии, то есть чтобы прохождение света через него дало максимальную эффективность. Материал же с прямой запрещенной зоной может осуществить ту же работу, даже если он в100 раз тоньше, чем материал с косвенной запрещенной зоной», – сказал Гольдбергер.
По расчетам исследователей, электроны могут двигаться через «germanane» в десять раз быстрее, чем через кремний, и в пять раз быстрее, чем через традиционный германий. Измеряемая скорость электронов называется «подвижностью» электронов. Благодаря тому, что «germanane» обладает высокой подвижностью электронов, он может, таким образом, нести повышенную нагрузку и применяться в будущих мощных компьютерных чипах.
Источник: itword.org
