Czy fosforen będzie konkurentem dla grafenu?

Branża elektroniczna od pewnego czasu stoi nad bardzo poważnym problemem, który dotyczy znalezienia zamiennika dla wszechobecnego krzemu, jakiego możliwości powoli się kończą. Głównym powodem jest trudność ze schodzeniem na coraz niższe procesy produkcyjne, bowiem firmy skupiają się na budowaniu coraz to mniejszych podzespołów. Najpoważniejszym następcą dla krzemu wydaje się być grafen, jednak ten materiał jest dużo bardziej problematyczny w obróbce, niż niejeden naukowiec mógł zakładać. Przede wszystkim nie posiada przerwy energetycznej, co znacznie komplikuje tworzenie elementów półprzewodnikowych z tego materiału. Grafen wymaga dodatkowo specjalnego procesu technologicznego, niezbędnego do tworzenia długich i wąskich struktur. Zwykłe wycinanie w tym przypadku jest nieskuteczne, ponieważ w efekcie końcowym uzyskuje się poszarpane brzegi, które zaburzają przepływ elektronów.

Jest jednak sposób na obejście tego problemu. Grafenowe wstęgi wkłada się do specjalnych rowków wykonanych z węglika krzemu, który pod wpływem wysokiej temperatury odparuje pozostawiając materiał w stanie nienaruszonym, bez poszarpanych krawędzi. Grafen oprócz wyżej wymienionych wad posiada natomiast szereg zalet. Przewodnictwo w wytworzonych wstęgach przy użyciu krzemu jest dziesięciokrotnie lepsze, niż przedstawiały to obliczenia matematyczne. Możliwe jest dzięki temu tworzenie szybszych obwodów odpornych na jakiekolwiek przegrzewanie. Dodatkowo, elektrony we wstęgach zachowują się jak światło we włóknie optycznym, czyli nie występuje zjawisko odbicia oraz rozszczepienia.

Niestety, pomimo tych wszystkich zalet utrudnione zastosowanie grafenu do budowy elementów półprzewodnikowych, skłania naukowców do wzmożonego wysiłku nad... poszukiwaniem zastępcy. Badacz Antonio Castro Neto sugeruje, że dużo lepszym materiałem okazałby się fosforen. Ten materiał pozwala na budowanie cienkich i elastycznych struktur, posiadając jakże ważną przerwę energetyczną. Niestety, tutaj z kolei problemem jest miniaturyzacja procesu produkcji do tego stopnia, aby można było go wdrożyć do zastosowań przemysłowych.

A jakby połączyć grafen i fosforen?

Zdania są podzielone i trochę czasu minie, zanim uda się jednoznacznie ustalić który materiał lepiej wypadnie przy tworzenia zminiaturyzowanych elementów półprzewodnikowych. Dobrze by było, aby naukowcom udało się pogodzić zastosowania grafenu z fosforenem, jednak najprawdopodobniej wygra po prostu tańsza technologia.

Źródło: Cornell University Library / Nature