Новая форма германия может заменить кремний в микросхемах

Источник материала:

Материаловеды из Университета штата Огайо (США) во главе с Джошуа Голдбергером (Joshua Goldberger) впервые создали значительный по размерам двумерный (одноатомный в толщину) образец вещества на основе германия и провели исследование его полупроводниковых свойств.

По аналогии с двумерным графаном (CH) материал был назван германаном (germanane, GeH). Вещество оказалось устойчивым при комнатной температуре и может быть легко нанесено на подложку в виде одного или нескольких слоёв.

 

Обычный германий, используемый в некоторых полупроводниках, состоит из многослойных кристаллов, в которых отдельные атомарные слои нестабильны и могут взаимно смещаться. Чтобы получить устойчивый слой из этого материала, группа г-на Голдбергера вырастила кристаллы германия с включениями из атомов кальция, впоследствии растворённых в воде. Освободившиеся места были заняты атомами водорода, что позволило отделить от конечного кристалла одноатомные слои.

Из-за присутствия в германане атомов водорода он почти не проявил тенденции к окислению на воздухе, что считается серьёзной проблемой обычных германиевых полупроводников. Когда исследователи измерили его электронную проводимость, выяснилось, что электроны распространяются через германан впятеро быстрее, чем через германий, и в десятеро быстрее, чем через кремний — основной полупроводник современности, потеснивший чистый германий.

По мере миниатюризации электроники скорость перемещения электрона в полупроводнике начинает играть всё бóльшую роль: при слишком малых размерах транзистора и малоподвижном электроне эффективная работа устройства оказывается невозможной.

В качестве важного достоинства германана отмечается, что это прямопереходный полупроводник, где переход электрона из зоны проводимости в валентную зону не сопровождается потерей его импульса. Это позволяет надеяться на его успешное использование в оптоэлектронике: нынешние кремниевые полупроводники не прямопереходные — а значит, при переходе электрона фотон обычно вообще не испускается, что принципиально ограничивает возможности кремния на оптоэлектронном поле.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале ACS Nano.