Současné tranzistory jsou i v rámci nejpokročilejší 14nm technologie výroby stále tvořené obrovským množstvím atomů. Vědcům se ale poprvé podařilo vyrobit tranzistory s tloušťkou jednoho atomu.
Pro výkonnější, menší, úspornější a především efektivnější čipy je nutné neustále zmenšovat množství hmoty, která tvoří jeden logický prvek. V případě současných čipů jde o tranzistor. S jednoatomovým tranzistorem si vědci už nějakou dobu hrají, už jsme vás informovali o tom, že tranzistor o velikosti jednoho atomu se již podařilo vyrobit, ale pomocí fosforu při teplotě -234 °C s řádkovacím tunelovým mikroskopem.
Nyní se ale vědcům podařilo vyrobit trochu jinou konstrukci, která vypadá mnohem blíže reálnému nasazení.
Křemíková konstrukce podobná grafenu
Vědcům z univerzity v Texasu se podařilo vyrobit dvourozměrné uspořádání atomů křemíku, které je podobné jako u grafen. Přesné označení takové struktury je Silicen a má velmi zajímavé vlastnosti, ostatně stejně jako grafen. Tloušťka vrstvy je pouze jeden atom, jedná se tak o nejtenčí materiál vyrobený z křemíku a zároveň o nejtenčí polovodič.
Strukturu silicenu z křemíkových atomů (Zdroj: Nature)
Dvourozměrná struktura má výjimečné elektrické vlastnosti a doposud bylo poměrně složité takovou formu křemíku vyrobit a jednalo se tak spíše o teoretický materiál. Silicen je totiž velmi nestabilní při reakci se vzduchem, což komplikuje i jakoukoli manipulaci.
Snímek nanostruktury silicenu v detailu (Zdroj: Nature)
Tým vědců ale vytvořil nový způsob, jak silicen efektivně vytvořit a zajistit stabilitu i při pokojové teplotě. Nový způsob efektivní výroby zajišťuje minimální výskyt vzduchu.
Výroba silicenového tranzistoru (Zdroj: Nature)
Uvnitř vakuové komory horká pára z atomů křemíku zkondenzuje na krystalickém bloku stříbra a vytvoří tak jednoatomovou vrstvu (silicen) na tenké vrstvě stříbra. Jako další ochrana z opačné strany slouží nanometrová vrstva hliníku. Díky tomuto zapouzdření je možné odstranit vrstvu stříbra a část ponechat na krajích jako kovové vodiče. Výsledkem výroby je tak pás silicenu s elektrodami na obou krajích.
Zvítězí silicen nad grafenem?
K výrobě současných čipů se používá křemík, jehož výrobu máme už velmi vychytanou a efektivní, přičemž nedostatek křemíku rozhodně nehrozí. V průběhu let se objevila řada kandidátů z řad jiných chemických prvků, které mají za cíl v budoucnu nahradit křemík – ať už jde o germanium nebo grafen. V obou případech je ale kromě samotné výroby čipu také nutné vyrobit a optimalizovat celý výrobní proces samotného materiálu.
Vyrobená forma tranzistoru (Zdroj: Nature)
Silicen ale nabízí podobně „zázračné“ elektrické vlastnosti jako třeba grafen (Quantum spin Hall effect), ale jde o křemík. Silicen má oproti grafenu i řadu výhod. Je například mnohem více chemicky reaktivní, což se hodí u případné hromadné výroby. Umožňuje také proměnný band gap (energetický rozsah, kde se nemohou vyskytovat elektrony), který lze nastavit různě pro různou elektroniku – současné FET tranzistory mají band gap 0,4eV, zatímco u silicenu lze dosáhnout až na 0,1eV.
Otázkou tak je, zda s efektivní a hlavně levnou výrobou tranzistorů ze silicenu nakonec nezvítězí opět křemík. Určitě by to zjednodušilo a zrychlilo nasazení do hromadné výroby čipů, i když o tom nemůžeme uvažovat v nejbližších letech, spíše až v po roce 2020.
