Atomtjockt kisel gör galet snabba transistorer

En exotisk men svår att använda ny form av kisel ses som ett sätt att bygga mycket snabbare datorchips. Och nu kan de som ser dess potential ta en mindre seger genom att göra de första transistorerna av grejerna.

En scanning tunnelmikroskopbild av silicen.

Materialet i fråga, som kallas silicen, kommer i lager av kisel bara en atoms tjocka. Denna struktur ger materialet fantastiska elektriska egenskaper, men det betyder också att det är djävulskt knepigt att tillverka och arbeta med. Även att testa dess grundläggande egenskaper i labbet har visat sig vara svårt.

Nu Deji Akinwande , en dataingenjör vid University of Texas i Austin, har kommit på hur man arbetar med det envisa materialet tillräckligt bra för att göra de första silicentransistorerna. Hans första av sitt slag beskrivs idag i tidskriften Naturens nanoteknik , och de lever upp till silicens löfte genom att byta med extraordinär hastighet.

Ett annat atomtjockt material, grafen, som är tillverkat av kol, har de senaste åren uppmärksammats för sina egna elektriska egenskaper. Attraktionskraften hos silicen, säger Akinwande, är att den är gjord av det som Silicon Valley byggdes på. I teorin borde det vara lättare för chiptillverkare att arbeta med än något nytt material. Om vi ​​kan få ut bra egenskaper ur det kan det omedelbart översättas av halvledarindustrin, säger Akinwande.

Under 2007, Lok Lew Yan Voon , en fysiker vid Citadel Military College i South Carolina, som publicerade några av de första teoretiska arbetena om silicen, beräknade att materialets elektriska egenskaper borde likna grafenens. I teorin kan elektroner kryssa genom både grafen och silicen utan att stöta på så många hinder, vilket möjliggör mycket snabba kretsar.

Till skillnad från grafen förekommer dock inte silicen naturligt. Den måste odlas i labbet på ett ark silver. Kol är också mer stabil i sin tvådimensionella form, medan kiselatomer är under påfrestning i denna form. Hittills har bara en handfull grupper lyckats göra silicen i labbet. En grupp, i Frankrike, odlade ett nanoskalaband av grejerna 2010. Några andra lyckades tillverka materialet 2012.

När silicen väl är tillverkad betyder dess instabilitet att den måste skyddas, och det gör den svår att arbeta med. Akinwande hittade en väg runt detta problem genom att odla silicen på en tunn film av silver täckt med aluminiumoxid. Det hela skalas sedan av, och läggs sedan på en kiseldioxidwafer med silversidan uppåt. Slutligen mönstras silvret för att skapa de elektriska kontakterna för en transistor. När enheten är klar är den stabil under vakuumförhållanden.

Det kanske inte visar sig vara kommersiellt praktiskt, men det är en viktig första demonstration, säger Lok. Transistorernas prestanda stämmer också överens med teoretiska förutsägelser om silicens snabba motorväg för elektroner. De lyckades göra det som många har försökt göra, säger han.

Denna demonstration är särskilt viktig eftersom det har funnits skepsis mot silicens potential, säger Patrick Vogt , en forskare vid Technische Universität Berlin och en av en handfull forskare som har lyckats odla materialet. Vogt arbetar just nu med nya metoder för att göra den.

Fengnian Xia, en elektroingenjör vid Yale University som utvecklar elektronik baserad på grafen, fosforen och andra tvådimensionella material, kan räknas som en av skeptikerna. Han säger att transistorresultaten som rapporterats av Texas-gruppen ser bra ut och representerar ett stort vetenskapligt framsteg. Men när det gäller silicens kommersiella potential säger Xia att han inte är övertygad om att det skulle vara lättare att kommersialisera än grafen, eller att det kan göra allt som grafen inte kan.

Vogt säger att silicen förmodligen inte kommer att ersätta kisel helt, men det kan lägga till ny funktionalitet till dagens chips. Det här visar att man faktiskt kan göra något med silicen, säger han.

Dölj