Если вы следите за многими техническими кругами, возможно, вы видели, как графен (сверхтонкий слой углерода, устроенный таким образом, что его электрические свойства граничат с чудесными) появился в новостей довольно много, получая аплодисменты по поводу его чрезвычайно плавной электропроводности и возможных применений в нескольких различных технологиях. О чем вы мало что слышали, так это об уродливой части графена: невозможно построить полупроводниковые транзисторы из этого материала в его нынешнем виде, поскольку у него нет запрещенной зоны, о которой можно было бы говорить. Если это звучит запутанно, ничего страшного. Вот для чего эта статья!
Разница в запрещенной зоне? Что это?
Запрещенная зона — это крошечное пространство между зоной проводимости и валентной зоной, которое говорит нам, на каком уровне ток фактически будет течь между ними. Это похоже на маленького привратника, который удерживает электрический заряд в одном месте, пока оно не «выключится». Практически все чипы в компьютерах изготовлены из полупроводниковогоматериала. Это означает, что он имеет умеренную запрещенную зону, благодаря чему он не проводит электричество так легко и не отклоняет каждый электрический заряд. Это связано с базовой молекулярной структурой, поэтому в создании чипа задействовано немало химии.
Очень большие запрещенные зоны существуют в таких материалах, как резина, которые настолько сопротивляются электрическим токам, что скорее загорятся, чем сохранят заряд. Вот почему вы используете резину для изолированияпроводов внутри кабелей. Материалы с незначительной запрещенной зоной известны как проводники, а материалы, у которых запрещенная зона практически отсутствует, известны как сверхпроводники.
Сегодня большинство чипов изготавливаются из кремния, который является очень прочным и надежным полупроводником. Помните, нам нужны полупроводники, которые можно быстро включать и выключать по желанию, а не сверхпроводники, которые потеряют полученный заряд в тот момент, когда группа перестанет его поставлять.
Почему графен не подходит для создания чипов?
Как я уже упоминал ранее, графен является чрезвычайно эффективным проводником электричества, но не более того. Он может толкать заряд с невероятной скоростью, но не может его удержать. В двоичной системе вам может потребоваться сохранить данные, чтобы работающие программы не закрывались сразу же после открытия. Например, в чипе оперативной памяти важно гарантировать, что данные внутри него могут оставаться на месте и оставаться читаемыми в обозримом будущем. Когда транзистор находится во включенном состоянии, он регистрирует «1». В выключенном состоянии регистрируется «0». Сверхпроводник не сможет «выключиться», потому что разница между напряжением «включения» и «выключения» очень мала (из-за крошечной запрещенной зоны, о которой я упоминал ранее).
Это не значит, что графену не будет места в современном компьютере. Его, безусловно, можно использовать для быстрой доставкиинформации из одной точки в другую. Кроме того, если его дополнить другими технологиями, в какой-то момент в будущем мы, возможно, сможем увидеть использование графена в транзисторах. Будет ли это эффективным вложением капитала, должна решить отрасль.
Есть еще один материал!
Одной из проблем кремния является его негибкость при работе на сверхтонких поверхностях. Кусок кремния можно было только сделать настолько тонким, чтобы он стал функциональным. Вот почему мы в первую очередь изучали возможность использования графена (его толщина составляет один атом). Поскольку графен не может оказаться многообещающим, если не вложить в его разработку кучу денег, ученые начали пробовать другие материалы, один из которых — трисульфид титана (TiS3) . Этот материал не только способен функционировать даже при толщине одной молекулы, но также имеет ширину запрещенной зоны, очень похожую на ширину запрещенной зоны кремния.
Это имеет далеко идущие последствия для миниатюрных технологических продуктов, которые упаковывают огромное количество оборудования в очень ограниченном пространстве. Более тонкие материалы также будут более эффективно рассеивать тепло, что делает их подходящими для больших энергоемких компьютеров.
Теперь ваша очередь поделиться своим вкладом в поиске замены кремния. Оставьте комментарий ниже и поделитесь своими мыслями!
