Графен в електроніці: сьогодні і завтра
Графен у всіх на слуху, проте не всі чітко уявляють собі, що це за матеріал і як він застосовується в даний час.
У даному доповіді, не претендує на всеосяжність цій бурхливо розвивається зараз теми, представлена ??інформація про цей матеріал і областях його застосування.
Загальні відомості
Графен був експериментально виявлений в 2004 р двома англійськими вченими російського походження - Андрієм Гейм і Костянтином Новоселовим, за що вони незабаром отримали Нобелівську премію з фізики. Графен являє собою шар атомів вуглецю, з'єднаних в гексагональну двовимірну кристалічну решітку. Це, по суті, плівка вуглецю товщиною в один атом, що має строго впорядковану кристалічну структуру. Графен можна вважати розгорнутої в площину одностінної нанотрубкою або двовимірним фулереном, або ж окремо взятим атомарним шаром з безлічі таких шарів, складових монокристал пиролитического графіту.
Структура графена
Шар графіту товщиною в один атом володіє рядом цінних властивостей: відрізняється високою стабільністю, в т.ч. і при кімнатній температурі, а також високим тепло- і електропровідністю. Рухливість електронів в графені в 10-20 разів вище, ніж в арсеніді галію. З цього матеріалу можна створювати чіпи, придатні для роботи на терагерцових частотах. Хоча моношари графіту мають таку ж рухливістю носіїв зарядів при кімнатній температурі, як і нанотрубки, проте для нього, в загальному випадку, застосовна звичайна, відпрацьована роками планарная технологія. До того ж, завдяки двовимірній структурі керуючий струм може бути легко збільшений за рахунок зміни ширини проводить каналу.
Провідник або напівпровідник?
На шляху створення графенової електроніки залишається ще багато перешкод, в т.ч. неможливість вирощування великих графенових пластин, висока вартість матеріалу і труднощі з управлінням його провідністю. Зокрема, ще недостатньо розроблені способи отримання напівпровідників із графена - досі графен і його похідні відомі тільки у вигляді провідників та ізоляторів.
Нещодавно був отриманий напівпровідниковий матеріал на основі графену lt; # justify gt; Дослідники демонструють атомну структуру моноокиси графена
Отриманий матеріал має напівпровідниковими властивостями і має широкі перспективи застосування у виробництві електроніки. Міняючи температуру нагрівання, дослідники отримали чотири нових матеріалу, які були віднесені до категорії GMO. В даний час визначається стійкість моноокиси графена і можливість масштабувати цей матеріал для виробництва.
Раніше lt; # justify gt; Управління струмом в графені: нітрид бору може стати ключем до графеновою мікроелектроніці
Графен - найтонший у світі матеріал. Майже єдиним на сьогоднішній день принциповою перешкодою для його застосування є неможливість керування електронним потоком по графену. Наприклад, досі не вдалося знайти спосіб зупинити струм в графені: на атомарному рівні працюють закони квантової механіки, які сильно відрізняються від тих, що діють на макрорівні. Електрони в шарі графена проходять крізь перешкоди (т. Зв. Тунельний ефект, застосовуваний також у деяких радіоелектронних приладах), а не відскакують від них, як це відбувається в макросвіті. Нещодавно було виявлено, що при накладенні шару графена на шар нітриду бору виникає нова гексагональна структура, яка визначає шлях проходження електронів за зразком.
Один із способів створення графенового довічного тригера. Квадратна графенову осередок розбивається на два трикутних ділянки. Електрони відображаються, коли напруги мають різну полярність, і проходять, коли напруги однакові.
Цей факт може стати ключем до створення нового типу електронних пристроїв, що відрізняються малим розміром і низьким енергоспоживанням. Через цю особливості контролювати поширення електронів по шару дуже складно. Недавні дослідження lt; # justify gt; Формування гексагональної структури при накладенні нітриду бору на графен
Якщо міняти кут між кристалічними решітками, кількість електронів, які не можуть проходити крізь грати, збільшується. Коефіцієнт затримання залежить від розміру гексагонального малюнка, який виникає при кутовому зсуві одного з шарів (аналогічний ефект - виникнення муарового малюнка при накладенні лінійчатих структур). По суті, цей малюнок є картою електричного потенціалу.
Розмір малюнка в залежності від кута накладення: а - занадто дрібний, б - прави...
