グラフェンはシリコンの代わりにトランジスタで何をしますか？

グラフェンは、その優れた電気的、光学的、機械的特性により、メディアによって奇跡の材料として知られています。近年、多くの科学者や多額の研究資金を集めています。グラフェンの発見は、2010年のノーベル物理学賞を受賞しました。しかし、最近、IBMの研究者は、グラフェン自体の特性がグラフェン研究にいくつかの障害を引き起こすため、グラフェンのアプリケーションの見通しが誇張されている可能性があると主張しました。

「シリコンに取って代わる可能性は低い」

グラフェンは、単層の炭素原子で構成される2次元のグリッド構造であり、他の炭素同素体を構成する基本単位です。グラフェンに関する理論的研究は数十年前から行われていますが、グラフェンが安定しているとは誰も信じていませんでした。 2004年、英国のマンチェスター大学の物理学教授であるジェム博士は、スーパーマーケットから購入した通常のテープを使用して、指向性の高い熱分解グラファイトを繰り返し剥離し、安定したグラフェンを取得しました。この発見はすぐに物理学者、化学者、材料科学者の注目を集め、炭素材料に関する研究の新たな波を引き起こしました。 2010年、GeimとNovoselovは、グラフェンの発見により毎年ノーベル物理学賞を受賞しました。グラフェンの応用の見通しはより有望です。

トランジスタ製造材料はグラフェンの用途で最も重要な含有量であるため、トランジスタの製造に一般的に使用される材料はシリコンですが、シリコンで製造された水晶管ゲートが5 nm未満の場合、トランジスタは故障し、グラフェンは故障しません。存在します。そのような問題。しかし、最近のIBMの科学者Yu-MingLinは、グラフェンがシリコンに取って代わる可能性は低いと述べた。

2010年の初めに、IBMはScience誌に、グラフェントランジスタを使用して最大100GHzの回路を作成したことを発表した論文を発表しました。しかし、Yu-Minglinは2011年にメディアに、グラフェンで作るトランジスタとCPUで使用されるトランジスタの間に明らかな違いがあることを伝え始めました。グラフェントランジスタにはエネルギーギャップがないため、「完全にオフ」にすることはできません。これは、より多くのエネルギーが漏れて過熱を引き起こすことを意味します。したがって、シリコンをグラフェンに完全に置き換える可能性はあまり期待できませんが、Lin氏は、グラフェンとシリコンは相互に補完して、ハイブリッド回路の形でコンピューターチップの機能を拡張できると述べています。

この点で、清華大学材料科学工学部のカン・フェイユ教授は、現在のグラフェンのエネルギーギャップ問題は議論の余地があると考えており、ドーピング技術を使用してエネルギーギャップを変更する研究はまだ進行中です。

未来は無限であり、トランジスタの研究が懸念されています。

グラフェンが発見される前は、物理学のコミュニティは、熱力学的変動によって2次元結晶が有限温度で存在することはできないと信じていました。しかし、グラフェンの発見は当時の身体認知に大きな影響を与え、すぐに有望なアプリケーションとして描かれました。グラフェンは非常に優れた性能を持っています。それは特大の比表面積と優れた機械的特性を持っています。さらに、グラフェンの熱伝導率は銅の10倍です。光の透過性は良好で、光の吸収率はわずか2.3％です。室温量子ホール効果、双極電場効果、強磁性、超伝導、高電子移動度など、電気的・磁気的性質の面で多くの特異な性質を持っています。これらの優れた品質により、グラフェンはトランジスタ、太陽電池、スーパーキャパシタ、電界放出、および触媒担体に優れた用途が見込まれます。

トランジスタ材料としての上記の代替シリコンに加えて、グラフェンは太陽電池にも使用できます。太陽電池の重要な部分は窓電極です。現在、一般的に使用されているウィンドウ電極材料は、インジウムスズ酸化物半導体透明膜（ITO）ですが、インジウムの含有量は地球上で限られており、ITOは近赤外領域での光透過性が低くなっています。また、酸性条件下では不安定であり、柔軟なデバイスの作成には役立ちません。グラフェンは、ITOの代わりに適した材料であると考えられています。

また、グラフェンはガス分子を吸着するため導電率が変化するため、ガスセンサーとして使用でき、そのメリットは明らかです。さらに、携帯型電子機器の需要の増加に伴い、スーパーキャパシタの性能は課題に直面しています。適切な電極材料を見つけることは、スーパーキャパシタの性能を向上させるための重要な方法です。グラフェンの優れた性能は、スーパーキャパシタ電極の理想的な材料であると考えられています。

グラフェンにはそれ以上のものがあります。かつてグラフェンをプラスチックと比較したGeim博士は、グラフェンはプラスチックと同じように、将来の生活の隅々に適用できる多種多様な材料を開発できると信じています。研究者はまた、グラフェンが包帯、食品包装、さらには抗菌Tシャツとしても使用できることを発見しました。また、紙のように薄い超軽量航空機材料や超頑丈なボディアーマーの開発と製造にも使用できます。科学者たちは、グラフェン上に23000マイルの長さの宇宙エレベーターを建設するという夢さえも固定しました。

「グラフェンは多くの分野で優れた用途を持っていますが、シリコンの代替材料としてトランジスタデバイスを作ることは科学者の期待の重要な部分であり、最も注目されている分野の1つです。」中国科学院のGuohaiming副研究員中国科学院は「科学技術ガイド」に語った。

トランジスタの分野は困難に直面しています。

メディアや一部の科学者は近年グラフェンの発見に興奮していますが、多くの研究者は依然として慎重であり、グラフェンは実際にトランジスタ分野にあるため、グラフェンの応用の将来は少し楽観的であると考えています。難しさ。

研究者のKangfeiyuは、グラフェンはまだ使用されていないと信じているとサイエンスガイドに語った。グラフェンは炭素原子層が1つしかないため、工業用途に欠陥のないグラフェン膜を作成することは非常に困難です。さらに、グラフェンは他の材料と組み合わせる必要があります。多くの研究と調査。

清華大学材料科学工学部のCuiTongxiang博士は、グラフェンは単結晶材料であるが、アプリケーションでは多結晶材料に重ね合わされることが多く、多結晶材料は電子輸送を助長しないため、記者団に語った。粒界の存在。これはグラフェンの不足になっています。

副研究員のGuohaiming氏は、トランジスタやナノスケールデバイスでのグラフェンアプリケーションは、エネルギーギャップの問題に加えて、プロセスの問題もあることは当然のことながら、多くの困難と課題に直面しているとテクノロジーガイドに語った。たとえば、高品質のグラフェンの準備、境界の調整制御、デバイスの組み立てなどの広い領域ですが、他の新しいものと同様に、グラフェンには時間と自信を与える必要があります。少なくとも私たちをもたらすために、問題は常に時間の経過とともに解決されます。いくつかの新しい方法とアイデア。 Guohaiming氏はまた、将来の用途を考慮しなくても、理想的な2次元単層原子結晶材料としてのグラフェンには、投資する価値のある一連の驚くべき特定の電子的および物理的特性が含まれていると述べました。

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