Альтернатива кремнию

Ученые Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures (LANES) Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) впервые создали компьютерный чип из природного материала молибденита (MoS2). Он может составить низкоэнергоемкую альтернативу кремнию.

В ходе экспериментов исследователи доказали, что чипы из молибденита могут быть меньше, чем кремниевые, по размеру, потреблять меньше электричества и обладать значительной гибкостью.

До сих пор ученым не удалось довести толщину слоя кремния в микросхеме до значений меньше 2 нм из-за риска окисления поверхности и ухудшения электрических свойств материала. Толщина слоя молибденита может составлять всего три атома, что позволит изготовить чипы в три раза меньшего размера.

Даже при таких ничтожных размерах материал сохраняет устойчивость и его электропроводность легко поддается контролю, утверждает директор LANES Андрас Кис.

Молибденит превосходит кремний и по способности усиливать электрические сигналы — выходной сигнал в четыре раза сильнее, чем входной. Следовательно, транзисторы из MoS2 могут отличаться чрезвычайно высокой энергоэффективностью, а это, по словам Киса, открывает потенциальные возможности для создания более сложных чипов.

Молибденит гибкий и из него можно создавать гибкие чипы. В один прекрасный день на их базе будет создан компьютер, который можно будет скручивать в рулон, или эластичные устройства, повторяющие формы человеческого тела.

Молибденит сравнивают с графеном, еще одним гибким полупроводником, его рассматривают как естественную замену кремнию. Толщина слоя графена составляет один атом, атомы расположены в виде сот.

В 2011 году ученые из IBM создали интегральную схему на графене. Эта схема может работать на частоте до 10 ГГц, то есть выполнять 10 млрд циклов в секунду. Максимальная скорость, обеспечиваемая кремниевыми чипами, составляет 4 ГГц.

Эксперименты с графеном выявили множество возможных областей применения, в том числе будущий высокоскоростной Интернет, производство быстрозаряжающихся батарей и печатных схем повышенного быстродействия и плотности.

Группа под руководством Киса установила ключевое преимущество молибденита перед графеном — он может усиливать электронные сигналы при комнатной температуре, графен же для этой цели должен быть охлажден до –203 °С (при такой температуре азот переходит в жидкое состояние).

Несмотря на многообещающие возможности молибденита, по словам ученых, от его коммерческого использования нас отделяет не менее 10-20 лет. В настоящее время в LANES заняты изучением вопроса, можно ли повысить электропроводность материала.