První tranzistory z jednoatomové struktury křemíku

Současné tranzistory jsou i v rámci nejpokročilejší 14nm technologie výroby stále tvořené obrovským množstvím atomů. Vědcům se ale poprvé podařilo vyrobit tranzistory s tloušťkou jednoho atomu.

Pro výkonnější, menší, úspornější a především efektivnější čipy je nutné neustále zmenšovat množství hmoty, která tvoří jeden logický prvek. V případě současných čipů jde o tranzistor. S jednoatomovým tranzistorem si vědci už nějakou dobu hrají, už jsme vás informovali o tom, že tranzistor o velikosti jednoho atomu se již podařilo vyrobit, ale pomocí fosforu při teplotě -234 °C s řádkovacím tunelovým mikroskopem.

Nyní se ale vědcům podařilo vyrobit trochu jinou konstrukci, která vypadá mnohem blíže reálnému nasazení.

Křemíková konstrukce podobná grafenu

Vědcům z univerzity v Texasu se podařilo vyrobit dvourozměrné uspořádání atomů křemíku, které je podobné jako u grafen. Přesné označení takové struktury je Silicen a má velmi zajímavé vlastnosti, ostatně stejně jako grafen. Tloušťka vrstvy je pouze jeden atom, jedná se tak o nejtenčí materiál vyrobený z křemíku a zároveň o nejtenčí polovodič.

Klepněte pro větší obrázek
Strukturu silicenu z křemíkových atomů (Zdroj: Nature)

Dvourozměrná struktura má výjimečné elektrické vlastnosti a doposud bylo poměrně složité takovou formu křemíku vyrobit a jednalo se tak spíše o teoretický materiál. Silicen je totiž velmi nestabilní při reakci se vzduchem, což komplikuje i jakoukoli manipulaci.

Klepněte pro větší obrázek
Snímek nanostruktury silicenu v detailu (Zdroj: Nature)

Tým vědců ale vytvořil nový způsob, jak silicen efektivně vytvořit a zajistit stabilitu i při pokojové teplotě. Nový způsob efektivní výroby zajišťuje minimální výskyt vzduchu.

Klepněte pro větší obrázek
Výroba silicenového tranzistoru (Zdroj: Nature)

Uvnitř vakuové komory horká pára z atomů křemíku zkondenzuje na krystalickém bloku stříbra a vytvoří tak jednoatomovou vrstvu (silicen) na tenké vrstvě stříbra. Jako další ochrana z opačné strany slouží nanometrová vrstva hliníku. Díky tomuto zapouzdření je možné odstranit vrstvu stříbra a část ponechat na krajích jako kovové vodiče. Výsledkem výroby je tak pás silicenu s elektrodami na obou krajích.

Zvítězí silicen nad grafenem?

K výrobě současných čipů se používá křemík, jehož výrobu máme už velmi vychytanou a efektivní, přičemž nedostatek křemíku rozhodně nehrozí. V průběhu let se objevila řada kandidátů z řad jiných chemických prvků, které mají za cíl v budoucnu nahradit křemík – ať už jde o germanium nebo grafen. V obou případech je ale kromě samotné výroby čipu také nutné vyrobit a optimalizovat celý výrobní proces samotného materiálu.

Klepněte pro větší obrázek
Vyrobená forma tranzistoru (Zdroj: Nature)

Silicen ale nabízí podobně „zázračné“ elektrické vlastnosti jako třeba grafen (Quantum spin Hall effect), ale jde o křemík. Silicen má oproti grafenu i řadu výhod. Je například mnohem více chemicky reaktivní, což se hodí u případné hromadné výroby. Umožňuje také proměnný band gap (energetický rozsah, kde se nemohou vyskytovat elektrony), který lze nastavit různě pro různou elektroniku – současné FET tranzistory mají band gap 0,4eV, zatímco u silicenu lze dosáhnout až na 0,1eV.

Otázkou tak je, zda s efektivní a hlavně levnou výrobou tranzistorů ze silicenu nakonec nezvítězí opět křemík. Určitě by to zjednodušilo a zrychlilo nasazení do hromadné výroby čipů, i když o tom nemůžeme uvažovat v nejbližších letech, spíše až v po roce 2020.

Témata článku: Hardware, Technologie, Tranzistory, Nature, F1, Band, Elektron, Spin, Mikroskopy

16 komentářů

Nejnovější komentáře

  • gutman 8. 2. 2015 17:53:37
    Pomiňme diskubilní odbornou stránku této "novinky", ale už před dvěma roky...
  • Axel_foley4 8. 2. 2015 17:17:44
    Pane autore článku ! Výraz "band gap" z anglického zdroje není tak snadné...
  • lopolk 8. 2. 2015 12:31:55
    "V průběhu let se objevila řada kandidátů z řad jiných chemických prvků,...
Určitě si přečtěte

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

** Gary Kildall pochopil, že levné výpočetní čipy mohou posloužit jako univerzální počítače pro všechny ** Připravil pro ně proto první operační systém ** Později mu systém vyfoukl Microsoft a nazval ho MS DOS

Včera | Pavel Tronner | 41

Původní Starcraft: Brood War je nyní zdarma. Konec práce! Jde se pařit

Původní Starcraft: Brood War je nyní zdarma. Konec práce! Jde se pařit

** Legendární hra Starcraft je nyní k dispozici zdarma ** Chystá se i nová remasterovaná verze s hezčí grafikou

19.  4.  2017 | Jakub Čížek | 25

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

** Máte nápad, ale chybí vám stroje a pořádná dílna? ** Chcete postavit ptačí budku, nebo krabičku pro Arduino? ** Brno otevřelo svůj FabLab – laboratoř pro bastlíře

19.  4.  2017 | Jakub Čížek | 31

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

** Slavný osmibitový počítač Sinclair ZX Spectrum byl uveden právě před 35 lety ** Připomeňte si tento průkopnický počítač v tematických článcích ** Podívejte se, jak funguje dnes

Včera | Pavel Tronner | 12


Aktuální číslo časopisu Computer

První test AMD Ryzen

Velké testy: 22 powerbank a 8 bezdrátových setů

Radíme s koupí Wi-Fi routeru

Co dokáží inteligentní domy?