¿Qué hace el grafeno en los transistores en lugar del silicio?

El grafeno es conocido por los medios como un material milagroso debido a sus excelentes propiedades eléctricas, ópticas y mecánicas. En los últimos años, ha atraído a muchos científicos y una gran cantidad de fondos para la investigación. El descubrimiento del grafeno fue galardonado con el Premio Nobel de Física 2010. Recientemente, sin embargo, los investigadores de IBM afirmaron que las perspectivas de aplicación del grafeno pueden ser exageradas porque las propiedades del grafeno en sí provocan algunos obstáculos para la investigación del grafeno.

"No es probable que reemplace a Silicon".

El grafeno es una estructura de rejilla bidimensional compuesta por átomos de carbono de una sola capa y es la unidad básica que constituye otros alótropos de carbono. La investigación teórica sobre el grafeno se ha realizado durante décadas, pero nadie creía anteriormente que el grafeno pudiera ser estable. En 2004, Gem, el Dr. Novoselov, profesor de física en la Universidad de Manchester en el Reino Unido, usó cinta regular comprada en los supermercados para quitar repetidamente grafito pirolítico altamente direccional para obtener grafeno estable. El descubrimiento atrajo inmediatamente la atención de físicos, químicos y científicos de materiales, y desató otra ola de investigación sobre materiales de carbono. En 2010, Geim y Novoselov recibieron el Premio Nobel anual de física por el descubrimiento del grafeno, y las perspectivas de aplicación del grafeno son más prometedoras.

Como el material de fabricación de un transistor es el contenido más crítico en la aplicación de grafeno, el material comúnmente utilizado para preparar transistores es el silicio, pero cuando la puerta del tubo de cristal preparada con silicio es inferior a 5 nm, el transistor fallará y el grafeno no. existe. Qué problema. Sin embargo, el reciente científico de IBM Yu-MingLin dijo que es poco probable que el grafeno reemplace al silicio.

A principios de 2010, IBM publicó un artículo en la revista Science anunciando que habían usado transistores de grafeno para hacer circuitos de hasta 100 GHz. Pero Yu-Minglin comenzó a decirle a los medios en 2011 que existe una clara diferencia entre los transistores que fabrican con grafeno y los transistores utilizados en la CPU. El transistor de grafeno no tiene una brecha de energía y, por lo tanto, no se puede "apagar por completo", lo que significa que se filtrará más energía y provocará un sobrecalentamiento. Entonces, la perspectiva de reemplazar completamente el silicio con grafeno es menos prometedora, pero Lin dice que el grafeno y el silicio pueden complementarse para expandir las capacidades de los chips de computadora en forma de circuitos híbridos.

En este sentido, el profesor Kang Feiyu del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Tsinghua cree que el problema actual de la brecha energética del grafeno es controvertido, y la investigación sobre cómo cambiar la brecha energética mediante el uso de tecnología de dopaje aún está en curso.

El futuro es infinito y la investigación de transistores se refiere.

Antes del descubrimiento del grafeno, la comunidad de físicos creía que las fluctuaciones termodinámicas no permitían que existieran cristales bidimensionales a temperaturas finitas. Sin embargo, el descubrimiento del grafeno tuvo un gran impacto en la cognición física en ese momento y se describió de inmediato como una aplicación prometedora. El grafeno tiene un rendimiento excelente. Tiene una superficie específica sobredimensionada y buenas propiedades mecánicas. Además, el grafeno tiene una conductividad térmica 10 veces mayor que la del cobre; Su permeabilidad a la luz es buena y la tasa de absorción de la luz es solo del 2,3%; Tiene muchas propiedades peculiares en términos de propiedades eléctricas y magnéticas, como el efecto Hall cuántico a temperatura ambiente, el efecto de campo eléctrico bipolar, el ferromagnetismo, la superconductividad y la alta movilidad de los electrones. Estas excelentes cualidades hacen que el grafeno tenga buenas perspectivas de aplicación en transistores, células solares, supercondensadores, emisores de campo y portadores de catalizadores.

Además del silicio alternativo mencionado anteriormente como material de transistor, el grafeno también se puede utilizar en células solares. La parte importante de la celda solar es el electrodo de ventana. En la actualidad, el material de electrodo de ventana comúnmente utilizado es la película transparente semiconductora de óxido de estaño indio (ITO), pero el contenido de indio es limitado en la tierra, y el ITO tiene poca permeabilidad a la luz en la región del infrarrojo cercano. E inestable en condiciones ácidas, no es propicio para la preparación de dispositivos flexibles, y el grafeno se considera un material adecuado para reemplazar el ITO.

Además, debido a que el grafeno adsorbe moléculas de gas, su conductividad cambia, por lo que el grafeno se puede utilizar como sensor de gas, y la ventaja es obvia. Además, con el aumento de la demanda de equipos electrónicos portátiles, el rendimiento de los supercondensadores se enfrenta a desafíos. Encontrar materiales de electrodo adecuados es una forma importante de mejorar el rendimiento de los supercondensadores. El excelente rendimiento del grafeno se considera un material ideal para electrodos supercondensadores.

El grafeno tiene más que eso. El Dr. Geim, que una vez comparó el grafeno con el plástico, cree que el grafeno puede desarrollar una amplia variedad de materiales, al igual que el plástico, que se pueden aplicar a todos los rincones de la vida en el futuro. Los investigadores también han descubierto que el grafeno se puede utilizar como vendajes, envases de alimentos e incluso camisetas antibacterianas; También se puede utilizar para desarrollar y fabricar materiales para aviones ultraligeros delgados como el papel y blindajes ultrarresistentes; Los científicos incluso fijaron sus sueños de construir un ascensor espacial de 23000 millas de largo en grafeno.

"Aunque el grafeno tiene buenas aplicaciones en muchos campos, la fabricación de dispositivos de transistores como material sustituto del silicio es una parte importante de las expectativas de los científicos y una de las áreas que han recibido más atención". El investigador adjunto Guohaiming del Instituto de Física de la La Academia de Ciencias de China dijo a la "Guía de ciencia y tecnología".

El campo de los transistores se enfrenta a dificultades.

Aunque los medios de comunicación y algunos científicos se han mostrado entusiasmados con el descubrimiento del grafeno en los últimos años, muchos investigadores siguen siendo cautelosos y creen que el futuro de la aplicación del grafeno puede ser ligeramente optimista porque el grafeno está en el campo de los transistores. Dificultades.

Kangfeiyu, un investigador, le dijo a Science Guide que cree que el grafeno aún está lejos de usarse. Debido a que el grafeno tiene solo una capa de átomo de carbono, es muy difícil preparar una membrana de grafeno que no sea defectuosa para aplicaciones industriales. Además, el grafeno debe combinarse con otros materiales. Mucha investigación y exploración.

El Dr. Cui Tongxiang, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Tsinghua, dijo a los periodistas que el grafeno es un material monocristalino, pero a menudo se superpone a un material policristalino en la aplicación, y el material policristalino no es propicio para el transporte de electrones debido a la existencia de límites de grano. Esto se ha convertido en una deficiencia de grafeno.

Guohaiming, investigador asociado, dijo a la guía tecnológica que las aplicaciones de grafeno en transistores o dispositivos a nanoescala ahora enfrentan muchas dificultades y desafíos, como era de esperar, además de los problemas de brecha de energía, también hay problemas de proceso. Por ejemplo, grandes áreas de preparación de grafeno de alta calidad, control de adaptación de bordes, ensamblaje de dispositivos, etc., pero como cualquier cosa nueva, al grafeno se le debe dar tiempo y confianza, el problema siempre se resolverá con el tiempo, al menos para traernos Algunos métodos e ideas nuevos. Guohaiming también dijo que incluso sin considerar aplicaciones futuras, el grafeno, como un material de cristal atómico de una sola capa bidimensional ideal, contiene una serie de propiedades físicas y electrónicas específicas sorprendentes en las que vale la pena invertir.

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