Det hittas ständigt nya användningsområden för det supertunna kolmaterialet grafen, men det är inte det enda materialet som kan komma att revolutionera vår framtida elektronik. Nu har forskare vid Cornell University presenterat en ny metod för att på ett pålitligt sätt framställa lager som kan användas för transistorer.

Vid det här laget har de flesta hört talas om grafen, ett halvledarmaterial som titt som tätt dyker upp i nya uppfinningar och forskningsprojekt. Grafen har fört med sig fascinerande och oväntade genombrott inom flera områden, och forskare fortsätter hitta nya intressanta egenskaper hos det tunna, kolbaserade materialet. Grafen är inte bara extremt effektivt för att leda elektricitet, utan också slitstarkt, värmeledande och utrymmeseffektivt – så kretsar tillverkade med materialet har blivit något av halvledarindustrins heliga graal.

Det som gör grafen så speciellt är att det består av kolatomer som är fördelade i en tunn film, vilket innebär starka band mellan atomerna och stor rörelsefrihet för elektronerna. Det innebär också att minimalt med energi går förlorad i en grafenkrets, så en processor byggd med grafen skulle bli många gånger svalare och strömsnålare än dagens alternativ.

Samtidigt för grafen med sig flera utmaningar och egenskaper som gör det mindre lämpat för kretstillverkning. Till skillnad från exempelvis kisel så har grafen inte ett bandgap i samma benämning som andra halvledare, vilket gör det betydligt svårare att styra flödet av elektroner. Dessutom är grafen fortfarande mycket svårt att tillverka i stora skalor – när det produceras i större volymer, exempelvis i storlek med en processor-wafer, tenderar det att dyka upp hål och andra ojämnheter i materialet.

TMD-material – kusiner till grafen

Medan grafen är det mest kända materialet av sitt slag så finns det andra lovande alternativ. Grafen är ett så kallat monolager, och på senare år har det dykt upp mängder av nya besläktade material som kan visa sig vara mer lovande för just transistorer. Ett exempel är så kallade TMD-material, en förkortning för transition-metal dichalcogenides.

Monolayer_TMDC_structure

Ett exempel på ett TDM-material med tre atomers tjocklek, från sidan och ovanifrån.

Istället för att bygga på endast kolatomer likt grafen så är TMD-material en hel familj med material som bygger på övergångsmetaller. De kan byggas i extremt tunna lager, precis som grafen, med bara ett fåtal atomer i tjocklek beroende på vilka grundämnen som används. Ett exempel på ett TDM-material som kan användas är kombinationen av molybdenum-disulfat och volfram-disulfat.

https://www.nordichardware.se/images/labswedish/nyhetsartiklar/Forskning/grafen/fullimages/Untitled-1.jpg

En traditionell wafer i kisel

Det är dessa två material som en grupp forskare vid Cornell University i New York har använt i ett nytt projekt, där målet har varit att producera ett homogent och hållbart TDM-lager som är tre atomer tjockt och kan användas för att tillverka transistorer. Forskarna har lyckats ta fram tunna lager med grafenliknande egenskaper, i en storleksklass jämförbar med de wafers som används för processortillverkning idag.

99% tillverkningsframgång

Till skillnad från grafen så kan de här TMD-materialen manipuleras mer likt ”vanliga” halvledare som kisel – här finns faktiskt ett bandgap som kan användas för att styra transistorerna, så forskarna kommer inte behöva uppfinna en helt ny typ av transistor från grunden för att få fram fungerande kretsar.

Än så länge är resultaten mycket lovande – forskarna rapporterar en avkastning på 99 procent, och det ska vara fullt möjligt att kombinera de nya materialen med tekniker för staplade kretsar i ännu fler lager. Men precis som med all ny teknik så kommer den behöva testas ytterligare innan den kan börja användas för massproduktion – det finns inte heller en färdig mekanism för att genomföra tillverkningen på fabriksskala.

Vi bör därför räkna med att vänta ytterligare några år innan vi får se TMD-baserade konsumentprodukter. När framstegen faktiskt når konsumentprodukter kan vi dock se fram emot enheter som är både svalare, tunnare och har betydligt bättre batteritid än tidigare.

Källa: Nature

Relaterade artiklar

Annons

3
Leave a Reply

Please Login to comment
3 Comment threads
0 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
3 Comment authors
Robert xxxCarl Holmberglanbonden Recent comment authors
  Subscribe  
senaste äldsta flest röster
Notifiera vid
Pontus
Medlem
Pontus

”Men precis som med all ny teknik så kommer den behöva testas ytterligare innan den kan börja användas för massproduktion – det finns inte heller en färdig mekanism för att genomföra tillverkningen på fabriksskala.”!

Det låter precis som det jag fått höra om grafen de senaste 5 åren- För ja man kan lösa bandgaps problemen för grafen också men det blir inte en bra transistor pga det…

Carl Holmberg
Gäst
Carl Holmberg

[quote name=”lanbonden”]”Men precis som med all ny teknik så kommer den behöva testas ytterligare innan den kan börja användas för massproduktion – det finns inte heller en färdig mekanism för att genomföra tillverkningen på fabriksskala.”! Det låter precis som det jag fått höra om grafen de senaste 5 åren- För ja man kan lösa bandgaps problemen för grafen också men det blir inte en bra transistor pga det…[/quote] Grafen har inte heller gått att tillverka i wafer-storlek tillförlitligt, vilket är vad som gjorts med de här materialen. Att det finns mer klassiska bandgap som inte behöver arbetas runt på samma… Läs hela »

Robert xxx
Gäst
Robert xxx

Visst, grafen kanske inte är bra inom vissa områden MEN forskningen har lett till nya lösningar som kan fungera istället. Bara vara glad för framgångarna och hoppas på att forskningen leder till ett slutresultat som kan ersätta dagen material så inte vi fastnar och utvecklingen stannar upp i komponentindustrin.