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.
První tranzistory z jednoatomové struktury křemíku

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

To tu ještě nebylo. Specialisté ukázali, že zavirované mohou být i titulky SRT

To tu ještě nebylo. Specialisté ukázali, že zavirované mohou být i titulky SRT

** Stáhnete si film a titulky třeba z OpenSubtitles.org ** A osud vás za ten warez záhy potrestá ** Specialisté totiž ukázali, že i v titulcích může být schovaný virus

24.  5.  2017 | Jakub Čížek | 58

Pojďme programovat elektroniku: Postavíme si bezdotykové ovládání PC za stokorunu

Pojďme programovat elektroniku: Postavíme si bezdotykové ovládání PC za stokorunu

** Vzpomínáte na Leap Motion? ** Dnes si postavíme něco podobného za zlomek ceny ** Pohrajeme si s optickým detektorem gest

Včera | Jakub Čížek | 9

WannaCry se neměl vůbec rozšířit. Stačilo, abychom používali Windows Update

WannaCry se neměl vůbec rozšířit. Stačilo, abychom používali Windows Update

** WannaCry se masivně rozšířil kvůli zranitelnosti ve Windows ** Ta mu umožnila, aby se pokusil sám napadnout další počítače ** Jenže ta chyba už je dva měsíce opravená!

22.  5.  2017 | Jakub Čížek | 97


Aktuální číslo časopisu Computer

Bojujeme proti Fake News

Dva velké testy: fotoaparáty a NASy

Co musíte vědět o změně evropského roamingu

Radíme s výběrem základní desky