Snel En Ultradun: Grafeen Nanotransistors

{h1}

Bhagawan sahu maakt deel uit van een landelijke zoekactie naar nanoschaalmaterialen die siliciumtransistors tegen 2020 kunnen vervangen.

Dit artikel achter de schermen werd aan WordsSideKick.com gegeven in samenwerking met de National Science Foundation.

Silicium is lang het werkpaard van onze digitale wereld geweest, maar omdat siliciumtransistoren op de nanoschaal krimpen, kunnen factoren als overmatig energieverbruik in deze apparaten de prestaties verminderen.

"De schaal van siliciumtransistors heeft de economie de afgelopen halve eeuw wereldwijd rondgedreven", zegt Jeff Welser, directeur van het Nanoelectronics Research Initiative bij de Semiconductor Research Corporation (SRC), een consortium bestaande uit 's werelds grootste halfgeleiderfabrikanten. "De Verenigde Staten zijn marktleider in micro-elektronica en om dat leiderschap te behouden en de economie te blijven besturen, moeten we een manier vinden om de schaal van het apparaat in stand te houden."

Veel van de oplossingen die over de hele wereld worden nagestreefd, zijn de goedkeuring van nieuwe apparaatarchitecturen of nieuwe materialen. Bhagawan Sahu, een onderzoeksfysicus aan de Southwest Academy of Nanotechnology (SWAN), gevestigd aan de Universiteit van Texas in Austin, maakt deel uit van een landelijke zoekactie naar nanoschaalmaterialen en -processen die siliciumtransistors tegen 2020 kunnen vervangen.

Sahu en zijn collega's bij SWAN streven naar transistors die minder dan 10 nanometer lang en minder dan één nanometer dik zijn. Om dit te doen onderzoeken ze grafeen, een enkele laag grafiet die een van de dunste materialen ter wereld is en elektronenmobiliteit bezit (een maat voor hoe snel elektronen kunnen bewegen als reactie op externe spanningen) die hoger is dan silicium. Deze kenmerken zijn aantrekkelijke kenmerken en hebben enorme interesse gewekt van de halfgeleiderindustrie.

Na vijf jaar toegewijd onderzoek, werd het nieuwe, op grafeen gebaseerde ontwerp van de groep door de SRC geselecteerd als een van slechts een handvol ideeën voor apparaten om nader bestudeerd te worden.

"Het begrijpen van de componenten van het apparaat [op de schaal van atomen] door middel van simulaties is [kritisch] geworden voor deze nanoscale apparaten", zegt Sahu. "Onze inspanningen bij SWAN bieden de community de simulatieresultaten, die worden verkregen door virtuele experimenten voordat echte experimenten worden uitgevoerd."

Het op grafeen gebaseerde systeem dat de onderzoekers hebben gemaakt - wat zij de dubbellaagse pseudospintronic veldeffecttransistor (of BiSFET) -is gebaseerd op twee lagen grafeen gescheiden door een superdun isolator van lucht of een vacuüm. De fysica van het apparaat is gebaseerd op "collectieve ladingsbeweging", waarbij een superfluïde toestand zich onder bepaalde omstandigheden op kamertemperatuur vormt.

"In deze structuur willen alle elektronen in de ene of de andere laag zijn", legt Welser uit. "Door een zeer kleine spanning toe te passen - in de orde van 25 millivolt - kun je alle ladingen van de ene naar de andere kant laten springen. Het doet dienst als een schakelaar, en dat is precies hoe we onze transistors willen laten handelen."

Om dit fenomeen te verkennen, gebruikten Sahu en zijn team de door NSF ondersteunde Ranger en Lonestar 4 supercomputers in het Texas Advanced Computing Center (TACC). De computers hebben de wetenschappers in staat gesteld op grond van hun omvang en kracht nieuwe materiaalsystemen te modelleren die niet gemakkelijk kunnen worden gefabriceerd.

Bovendien, de mogelijkheid om ontwerpen snel en herhaaldelijk te simuleren, liet de onderzoekers experimenteren - virtueel, met verschillende breedtes, lengten, laagoriëntaties, hoe lagen worden gestapeld en externe spanningen voor grafeenlinten en -vlokken - om te zien hoe de variabelen de elektronische eigenschappen beïnvloeden. inclusief de elektronenband gap, magnetisme en andere gerelateerde factoren. De simulaties zijn van cruciaal belang geweest voor het begrijpen van de interne en externe variabelen die de prestaties van het apparaat kunnen beïnvloeden.

Als de SWAN-onderzoekers de uitdagingen kunnen overwinnen die gepaard gaan met het fabriceren en demonstreren van de BisFET-apparaten, kan de nanotransistor de game-wisselaar zijn waar de halfgeleiderindustrie op gokt.

"De simulaties spelen een belangrijke rol bij het ophelderen van het samenspel van de structuur en de elektronische eigenschappen van grafeen," zegt Sahu. "We bouwen component per component, dus we hebben een geïntegreerd beeld van wat elk onderdeel doet en hoe het het hele apparaat beïnvloedt."

Opmerking van de uitgever:De onderzoekers in Behind the Scenes-artikelen zijn ondersteund door de National Science Foundation (NSF), het federale agentschap belast met het financieren van fundamenteel onderzoek en onderwijs op alle gebieden van wetenschap en techniek. Alle meningen, bevindingen en conclusies of aanbevelingen in dit materiaal zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de opvattingen van de National Science Foundation. Zie de Achter de schermen archief.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com