Новый электроматериал под увеличение плотности тока

Новый электроматериал под увеличение плотности тока

Прототипы устройств на экзотическом материале с плотностью тока в 50 раз большей, чем даёт обычная медь, показали инженеры Калифорнийского университета города Риверсайд. Плотность тока — величина, приходящегося на площадь поперечного сечения в конкретной точке проводника. Конструкторы стремятся уменьшать размеры транзисторов в интегральных схемах. Но меньшие размеры требуют более высокой плотности тока. Электрические проводники, в частности — медь, часто разрушаются из-за перегрева или других факторов при высоких плотностях тока. Этот фактор накладывает ограничения на изготовление мелких компонентов.

Общие сведения по новым технологиям

Современная электронная промышленность нуждается в материалах, альтернативах кремнию и меди. Альтернативные материалы должны поддерживать чрезвычайно высокую плотность тока при размерах всего в несколько нанометров.

Поэтому появление графена привело к масштабным усилиям во всем мире, направленным на исследование других двумерных (2D) материалов, отвечающих потребностям производства наноразмерных транзисторов с высокой плотностью тока.

В то время как 2D-материалы состоят из одного слоя атомов, 1D-материалы состоят из отдельных цепочек атомов, слабо связанных друг с другом. Но потенциал структуры 1D для электроники изучен далеко не полностью.

Условно говоря, можно рассматривать 2D-материалы как тонкие кусочки хлеба, в то время как 1D материалы видеть в образе спагетти. По сравнению с материалами 1D, те же самые 2D-материалы покажутся в разы более громоздкими.

Группа исследователей под руководством Александра Баландина, выдающегося профессора электротехники и вычислительной техники BCOE, обнаружила, что трителлурид циркония (ZrTe3) показывает исключительно высокую плотность тока.

По этой причине группа инженеров «UC Riverside» под руководством А. Баландина, решила перенести цель исследований от двумерных к одномерным материалам. Как отметили специалисты группы:

Это исследование видится важным в плане прогресса будущего поколения электроники.

Обычные металлы являются поликристаллическими, имеют границы зёрен и шероховатость поверхности. За счёт этих факторов получают эффект рассеивания электронов. Квазиодномерные материалы, подобные ZrTe3, состоят из монокристаллических атомных цепей, построенных в одном направлении.

Такие образования не имеют границ зерен и часто обладают атомарно гладкими поверхностями после эксфолиации. Группа исследователей «UC Riverside» смогла объяснить исключительно высокую плотность тока ZrTe3 монокристалла его характерными признаками квази-1D.

Как создать квази-1D структуру нанопроволоки?

По большому счёту, квази-1D-материалы можно создавать непосредственно в виде нанопроволоки с поперечным сечением, которое соответствует отдельной атомной нити или цепочке.

Эксперимент показал уровень тока, поддерживаемого квантовыми проволоками ZrTe3, существенно выше, чем для любых металлов или других 1D материалов. Токовые параметры почти достигает плотности, что отмечается в углеродных нанотрубках и графенах.

Работа электронных устройств сильно зависит от проводки передачи информации между различными частями схемы или системы. Поскольку разработчики стремятся минимизировать устройства, внутренние части также приходится уменьшать.

При этом межблочные соединения, несущие информацию между отдельными частями, должны выполняться в размерах наименьших по отношению ко всем имеющимся.

В зависимости от конфигурации, нанотрубки ZrTe3 могут изготавливаться, либо на локальных межблочных соединениях нанометрового типа, либо в каналах устройств.

Эксперименты группы «UC Riverside» проводились с наноуглеродами, нарезанными из предварительно изготовленного листа материала.

На промышленных образцах планируется наносить нанотрубки непосредственно на пластину. Технология производства уже разрабатывается.


По материалам: University of Sussex


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *