La summit-ul Global Semiconductor al Alianței, sa dovedit că producătorii IP ezită în privința altor modalități de îmbunătățire a tehnologiilor de producere a microelectronicii.
Produsele returnate nu ar trebui trimise întotdeauna pentru eliminare. Multe părți pot fi utilizate în mod repetat sau pot fi revândute după finalizarea dorită. Acest lucru nu numai că va reduce costurile, ci va genera și profituri suplimentare.
Lumea înconjurătoare este accelerată cu diverse dispozitive cu numeroase funcții de rețea, care se extind în mod constant. Marketerii au venit cu un nume nou pentru produse noi - "chestii de Internet".
Graphenul este cunoscut pe scară largă, dar nu toată lumea înțelege în mod clar ce fel de material și cum este aplicat în prezent.
Această revizuire, fără a pretinde caracterul general al acestui subiect care se dezvoltă rapid, oferă informații despre acest material și despre domeniile sale de aplicare.
Un strat de grafit cu o grosime de un atom are un număr de proprietăți valoroase: se caracterizează printr-o stabilitate ridicată, și la temperatura camerei, precum și conductivitatea termică și electrică ridicată. Mobilitatea electronilor din grafen este de 10-20 ori mai mare decât în cazul arsenidului de galiu. Din acest material, puteți crea cipuri care sunt potrivite pentru a lucra la frecvențe terahertz. Deși monostraturile de grafit au aceeași mobilitate a purtătorilor de încărcătură la temperatura camerei ca și nanotuburi, totuși, în general, se aplică o tehnologie plană convențională elaborată de ani de zile. În plus, datorită structurii bidimensionale, curentul de comandă poate fi ușor crescut prin schimbarea lățimii canalului conductiv.
Realizarea unui semiconductor?
Pe calea creării electronicii graphene există încă multe obstacole, inclusiv. imposibilitatea de a cultiva plăci mari de grafen, costuri ridicate ale materialelor și dificultăți în controlul conductivității. În special, metodele de producere a semiconductorilor din grafen sunt încă insuficient dezvoltate - până acum grafenul și derivații săi sunt cunoscuți doar ca conductori și izolatori.
Recent, a fost obținut un material semiconductor pe bază de grafen. în care atomii de oxigen sunt încorporați în structura hexagonală a grafenului. Conform planului cercetătorilor, în timpul încălzirii oxidului de grafen în vid, oxigenul a trebuit eliberat și sa produs un grafen multistrat. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura este ridicată, atomii de carbon și oxigen sunt aliniate în structura ordonată a monoxidului de grafen care nu există în forma sa naturală.
Cercetătorii demonstrează un studiu mono-
Anterior, a fost descoperită o altă proprietate interesantă a graphene, care constă în faptul că un rol decisiv în formarea proprietăților graphene sunt materialul pe care este cultivat. În special, în cazul în care substratul pe care structura matură va activa oxigen, foaia de grafen rezultată va avea proprietățile semiconductoare dacă hidrogenul - proprietățile metalice. „Prin variația compoziției chimice a substratului, putem controla natura graphene, dându-proprietățile unui semiconductor sau de metal,“ - a declarat Sarozh Nyack (Saroj Nayak), profesor al Departamentului de Fizica si Astronomie Rensselarskogo Institutul Politehnic.
Controlul curent în grafen: nitrura de bor poate introduce cheia microelectronicii grafenului
Grafenul este cel mai subțire material din lume. Aproape singurul obstacol în calea aplicării sale în prezent este incapacitatea de a controla debitul electronic prin grafen. De exemplu, până acum nu a fost posibil să se găsească o cale de a opri curentul în grafen: la nivel atomic, legile mecanicii cuantice funcționează, care sunt foarte diferite de cele care funcționează la nivel macro. Electronii din stratul de grafen trec prin obstacole (așa-numitul efect de tunel, care este de asemenea folosit în unele dispozitive electronice), mai degrabă decât să-și bată de la ei, ca și în macrocosmos. Recent, sa constatat că atunci când un strat de grafen se aplică unui strat de nitrură de bor, apare o nouă structură hexagonală care determină calea electronilor care trec prin eșantion.
Acest fapt poate deveni cheia creării unui nou tip de dispozitive electronice, caracterizat de dimensiuni reduse și consum redus de energie. Din cauza acestei caracteristici, este foarte dificil să controlați propagarea electronilor prin strat. Studiile recente au arătat că, atunci când se aplică un strat de nitrură de bor pe un strat de grafen, este posibil să se tragă anumite electroni. Acesta este primul pas spre rezolvarea problemei.
Azotul de bor are o structură asemănătoare grafenului, dar este un dielectric. Filmele de nitrură de bor pot fi de asemenea utilizate pentru a îmbunătăți proprietățile electrice ale grafenului. Acestea împiedică fluctuațiile încărcăturii electronice.
Formarea structurii hexagonale în aplicarea nitridei
Dacă schimbați unghiul dintre laturile cristaline, crește numărul de electroni care nu pot trece prin zăbrele. Factorul de retenție depinde de dimensiunea șablonului hexagonal care are loc atunci când un unghi al unuia dintre straturi este înclinat (efect similar - aspectul unui model moiré atunci când structurile de linie se suprapun). De fapt, acest desen este o hartă a potențialului electric.
În prezent, există un proces de studiere a diferitelor structuri grafen cu un microscop de scanare de tunel, care oferă imagini ale superlattice și măsoară dimensiunea sa. Dacă modelul hexagonal este prea mic, eșantionul este respins. Aproximativ 10-20% din eșantioane arată efectul dorit. Dacă acest proces poate fi automatizat, se va crea microelectronica graphene.
Proprietățile pseudomagnetice ale graficului
Un grup de fizicieni de la Universitatea din Arkansas conduce dezvoltarea într-un mod ușor diferit. Acestea sugerează controlul fluxului de electroni prin schimbarea stresului mecanic din material.
A fost observat. că dacă se aplică o forță mecanică pe pelicula de grafen, proprietățile sale electrice se schimbă ca și când materialul ar fi plasat într-un câmp magnetic. Pentru a utiliza această proprietate, trebuie să învățați să controlați stresul mecanic.
Cercetătorii de la Universitatea din Arkansas au efectuat următorul experiment. Au tras membranele de grafen în cadre subțiri și au scanat suprafața de grafen cu un microscop tunel folosind un curent direct. Într-un microscop de scanare tunel, un curent electric de o magnitudine foarte mică este folosit pentru a crea o hartă de relief de suprafață. Pentru a menține curentul la un nivel constant în timpul scanării reliefului de suprafață, un microscop de acest tip modifică tensiunea la vârful sondei tunel atunci când se deplasează în sus și în jos. Sa observat că forma membranei sa schimbat și ea - membrana sa îndoit și a încercat să se apropie de sondă. Forma membranei variază în funcție de sarcina dintre sondă și membrană. Prin schimbarea tensiunii pe jojă, este posibilă controlul efortului mecanic al membranei.
Starea liberă a boabelor este de formă fragilă, ceea ce constituie un obstacol în calea aplicării acestora în dispozitivele electronice, deoarece în multe cazuri conductivitatea branzei este redusă.
Pentru o înțelegere mai completă a acestei proprietăți, a fost studiat un sistem teoretic care conține membrane de grafen. Oamenii de știință au comparat valoarea stresului mecanic și au calculat amplasarea microscopului sondei în raport cu membrana. Sa dovedit că interacțiunea dintre membrană și sondă depinde de amplasarea sondei. Din aceste date, este posibil să se calculeze un câmp pseudo-magnetic pentru o tensiune dată și un efort mecanic.
Datorită faptului că membrana este limitată de un cadru pătrat, intensitatea câmpului se schimbă de la pozitiv la negativ. Pentru a crea un câmp non-oscilant, trebuie să faceți o celulă triunghiulară. Poate că ne va permite să găsim o cale de a controla proprietățile pseudomagnetice ale grafenului.
Exemple de aplicații
În prezent, în domeniul aplicării grafenului, se realizează următoarele evoluții:
Tranzistori de înaltă frecvență. Mobilitatea electronilor din grafen este mult mai mare decât în siliciu, astfel încât elementele digitale din grafen asigură o frecvență mai mare a funcționării. Unele companii au anunțat deja succes în acest domeniu. Deci, tranzistorii IBM operează la o frecvență de 26 GHz și au o dimensiune de aproximativ 240 nm. Deoarece există o relație inversă între mărimea tranzistorului și performanța acestuia, o creștere a frecvenței de operare este realizată prin reducerea dimensiunii acestuia.
Structura tranzistorului
Cipuri de memorie. Prototipul unui nou tip de dispozitiv de stocare constă din numai 10 atomi de grafen. In teste de laborator grupul de profesorul James Tour Rice University, SUA au reușit să creeze module de siliciu, în care au fost plasate 10 straturi atomice ale grafen. Ca rezultat, stratul de grafen a primit o grosime de aproximativ 5 nm. Cercetatorii spun ca noi module experimentale celula de bază de stocare a informației este de aproximativ 40 de ori mai mici decât celulele utilizate în cele mai avansate 20-nm module NAND-memorie. Această tehnologie este capabilă de multe ori să mărească capacitatea modulelor de memorie. În plus, aceste dispozitive de memorie pot suporta radiații puternice și temperaturi de până la 200 ° C, păstrând toate informațiile.
Un alt avantaj al dezvoltării constă în eficiența energetică fără precedent a consumului de energie. Pentru stocarea datelor, modulele de memorie utilizează două stări inițiale - neutre (oprite) și încărcate (pornite). Pentru a codifica un bit de informație în modulele de grafen, este nevoie de un milion de ori mai puțină energie decât pentru codarea aceluiași bit în cipuri de siliciu.
Electrod pentru condensatori super. Conductivitatea electrozilor de grafen este mai mare de 1700 S / m, în timp ce pentru electrozii de carbon activ este de numai 10-100 S / m. Datorită rezistenței lor mecanice ridicate, electrozii LSG pot fi utilizați în supercapacitoare fără elemente de conectare sau colectoare de curent, ceea ce simplifică designul și reduce costurile de fabricare a supercapacitorilor.
Dispozitivele fabricate folosind electrozi grafeni gravați cu laser sunt caracterizați printr-o densitate foarte mare de energie în diferite electroliți, densitate mare de putere și stabilitate ciclică. Mai mult, acești supercapacatori păstrează proprietăți electrochimice excelente la sarcini mecanice ridicate, astfel încât acestea să poată fi utilizate în dispozitive electronice puternice și flexibile.
Afișaje necostisitoare pentru dispozitivele portabile Graphena poate fi utilizată în loc de ITO (indium tin oxide) în electrozi pentru afișaje OLED. În primul rând, permite reducerea costului afișajului și, în al doilea rând, simplifică utilizarea acestuia prin oprirea utilizării elementelor metalice.
Un afișaj realizat utilizând graficul
În plus, a fost stabilit. că grafenul ratează până la 98% din lumină. Acest lucru este semnificativ mai mare decât transmiterea celor mai bune materiale din ITO (82-85%). Grafenul are o conductivitate electrică ridicată, care îi permite să fie utilizată pentru a crea electrozi transparenți care controlează polarizarea și starea cristalelor lichide.
Un alt grup de cercetători a înființat recent. că mai multe straturi de grafen încălzite la o temperatură de 300-400 ° C în prezența clorurii de fier pulverizate (FeCl3) conduc la intercalarea straturilor de grafen și clorură de fier. Electronii din clorura de fier măresc numărul de suporturi de încărcare în straturile de grafen, în urma căruia rezistența la suprafață a stratului scade la 8,8 ohmi pe pătrat, cu o transparență aparentă a materialului de 84%. Noul material are o bună bunăstare pe termen lung și de temperatură și are de multe ori mai bune caracteristici decât straturile ITO comparabile: cu aceeași rezistență la suprafață, acesta are o transparență de numai 75% și cu aceeași transparență o rezistență de 40 ohmi pe pătrat.
Dispozitiv transparent transparent al afișajului (afișaj cu o taxă imprimată) va face posibilă producerea unui nou grafic.
Acumulatoare pentru autoturisme cu combustibil pe bază de hidrogen. Cu ajutorul filmelor de grafen, este posibil să se mărească energia de legare a atomilor de carbon. Aceasta va crește capacitatea sau va reduce greutatea bateriilor.
Senzori pentru diagnosticarea bolilor. Activitatea acestor senzori se bazează pe faptul că moleculele sensibile la anumite boli se alătură atomilor de carbon din stratul de grafen. Senzorul utilizează grafen, molecule ADN și molecule fluorescente. Moleculele fluorescente se combină cu un singur ADN care, la rândul său, se leagă de grafen. Când o altă moleculă de ADN se leagă de ADN atașat la stratul de grafen și se formează un ADN dublu care călătorește liber prin grafen, crescând nivelul radiațiilor.
Principii de recunoaștere a ADN-urilor deteriorate
Răcirea circuitelor electronice. Materialul compozit nou creat, bazat pe grafen și cupru, a găsit aplicația ca fiind mijlocul cel mai eficient și mai ieftin de răcire a dispozitivelor electronice. Conductivitatea termică a compozitului este de 460 W / (m · K), în timp ce în cupru este 380 W / (m · K).
Compozitul este depozitat pe suprafața răcită printr-o metodă electrochimică sub forma unui film cu o grosime de 200 μm. Schema de re-echipare a echipamentelor pentru fabricarea radiatorului de cupru-grafină este deja dezvoltată.
Elementele de greutate ușoară au o greutate mare. Adăugarea de grafen la compozitul epoxidic asigură o rezistență specifică mai mare a elementelor, deoarece grafenul se leagă ferm la moleculele de polimer.
Creatorii săi, însă, nu au luat în considerare faptul că, până atunci, hainele vor fi făcute cu fibră de carbon și grafen și vor arăta destul de diferite. )
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: