13 декември 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Новият графен от фосфор и арсен - алтернатива на силиция в електрониката

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 12 юли 2015 в 18:4537780
Кристали на полупроводниковия материал черен фосфор-арсен. Снимка: Andreas Battenberg / ТУ Мюнхен

Екип от немски и американска страна учени за първи път са произвели полеви транзистори от материал, подобен на нашумелия графен, но не от въглерод, а от черен фосфор и арсен.

С връчване на нобеловата награда през 2010 графенът, структура от единичен слой гъсто свързани помежду си въглеродни атоми, доби известност само за една нощ. Той отдавна обаче има конкуренция. От фосфор също могат да бъдат произвеждани подобни слоеве. За получаването на материал със сходна на графена структура, но от фосфор, наречен по аналогия форфорен, съобщихме миналата седмица.

За разлика от металния графен, фосфоренът е естествен полупроводник, т.е. може да се използва за контрол на електрическия ток. И ако тогава канадските учени обявиха, че са направили стъпка към транзистори на атомни слоеве като търговски продукт, то немските изследователи сега докладват за още една съществена крачка.

Химици от Технически университет Мюнхен са създали полупроводников материал, при който отделни фосфорни атоми са заместени от арсен.В рамките на международно сътрудничество с подкрепата на американски колеги те за първи път са създали полеви транзистори от този материал, за което съобщава сайтът на университета.

Вече десетилетия силицият е основен елемент в съвременната електроника. До момента силициевата технология създаваше все по-малки транзистори за все по-умалени уреди, постепенно обаче големината на силициевите транзистори достига границите на физически възможното. Освен това силицият е твърд и чуплив, а потребителите искат флексибилна апаратура, уреди, които да позволяват вграждане в облекло и т.н. Всички тези изисквания отприщиха съревнование за откриване на нови материали, които един ден да заменят силиция.

Такъв материал би могъл да бъде съдържащият арсен черен фосфор. Подобно на графена, който е изграден от един единствен слой въглеродни атоми, той образува съвсем тънки слоеве. Областите на приложението му се простират от транзистори през сензори до механично-флексибилни изграждащи елементи на полупроводникови устройства. Докато поведението на електроните в графена е сходно с това на металите, фосфорът проявява типичните за полупроводник свойства.

Снимка: Marianne Köpf / ТУ Мюнхен
Електронно-микроскопско изображение на монокристал на черен арсен-фосфор. В горната част на снимката се вижда формиране на слой в начален стадий

Фосфорен вместо графен

В рамките на сътрудничество между Технически университет Мюнхен и Университета Регенсбург от германска страна и Университетите на Южна Каролина и Йейл от американска страна учени за първи път са произвели полеви транзистори от черен фосфор със съдържание на арсен. Съединенията са синтезирани от Мариане Кьопф в лабораторията за синтез и характеризиране на иновативни материали към ТУ Мюнхен. Полевите транзистори са създадени и тествани от работна група с ръководители проф. Жоу и д-р Лиу.

Разработеният от тях нов метод позволява синтез на черен арсен-фосфор извън условия на високо налягане. Това изисква по-малко енергия, съответно е по-изгодно и от финансова гледна точка. Посредством съдържанието на арсен може прецизно да бъде регулиран интервалът между валентната зона и зоната на проводимостта. “Това ни дава възможност да произвеждаме материали с недостижими до този момент електрични и оптични свойства, използвайки онази енергийна зона, която до момента беше недостъпна“, обяснява проф. Том Нилгес, ръководител на научна област „Синтез и характеризиране на иновативни материали“.

Детектори на инфрачервена светлина

При съдържание на арсен от 83% материалът има забранена зона с ширина само 0,15 електронволта. От такъв материал могат да бъдат произвеждани сензори, които да засичат дълговълнови инфрачервени лъчи. В тази област работят например Лидар-сензорните устройства (Light Detection and Ranging). Те се използват в автомобилите като сензори за дистанционно получаване на информация за отдалечени обекти. Друго приложение е измерването на прахови частици и инфрачервеното излъчване на някои газове в сферата на опазване на околната среда.

Снимка: C. Zhou, B. Liu / Viterbi School of Engineering (University of Southern California)
Изображение на полеви транзистор от черен арсен-фосфор, направено с атомно-силов микроскоп

Друг интересен аспект на тези нови двуизмерни полупроводници са техните анизотропни електрични и оптични свойства, тъй като материалите демонстрират различно поведение в посока x- и y- в една и съща равнина. Материалът може да бъде разделен на слоеве. Най-тънките постигнати до момента слоеве са с дебелина само два атомни слоя.

Проектът е осъществен с подкрепата на Агенцията за военни проучвания на САЩ в Арлингтън-Вирджиния (Office of Naval Research), Агенцията за научни проучвания към Еър Форс (Air Force Office of Scientific Research), Центъра за нанотехнологии в Тайланд (Center of Excellence for Nanotechnologies), Националният център за наука и технологии на Саудитска Арабия (King Abdul-Aziz City for Science and Technology), Германската агенция за проучвания, както и ТУ Мюнхен.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Технологии
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.