14:27 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Noul borofen semiconductor deschide calea pentru cel mai ușor tranzistor de înaltă performanță
_ Noi pavaje semiconductoare din borofen calea celui mai ușor tranzistor de înaltă performanță
În anul 1808, chimiștii francezi Joseph-Louis Gay-Lussac și Louis-Jacques Thenard și, în mod independent, chimistul englez Humphry Davy, au descoperit al cincilea element al periodicului. masă — bor. În formă cristalină, borul posedă în principal trei polimorfe, adică trei configurații de celule unitare distincte: α-romboedric, β-romboedric și β-tetragonal, printre 16 posibili alotropi în vrac.
Proprietățile unice ale acestui element. au dus la utilizarea sa în numeroase aplicații, inclusiv chimie, știința materialelor, științele vieții, cercetarea energiei și electronică. Mai mult, pe baza studiilor efectuate în ultimul deceniu, borul are un potențial semnificativ de utilizare în proiectarea medicamentelor farmaceutice, deoarece joacă un rol esențial în creșterea și întreținerea oaselor, vindecarea rănilor, prevenirea deficienței de vitamina D și alte procese.
În tabelul periodic al elementelor, borul se află la stânga carbonului, ceea ce face ca borul să aibă orbiti de valență similari, dar o rază covalentă mai scurtă. Spre deosebire de carbon, care favorizează o structură stratificată 2D (bidimensională) (alias grafit) în forma sa în vrac, alotropii în vrac ai borului sunt compuși din cuști icosaedrice B12. Ca urmare, a fost dificil să se realizeze experimental o rețea atomică 2D de bor, cunoscută și sub denumirea de borofen, până în 2015.
Inițial, unul dintre motivele care stau la baza investigațiilor experimentale limitate ale foilor de bor 2D a fost utilizarea de precursori scumpi și toxici, de exemplu, diboran. Mai târziu, foile de borofen subțiri din punct de vedere atomic au fost cultivate în condiții de vid ultraînalt, folosind o sursă atomică de bor solid, cu o puritate de 99,9999%, pentru a evita dificultățile cauzate de precursorii otrăvitori.
Recent, borofenul a atras atenția extraordinară pentru molarul său ultrascăzut. masa. Spre deosebire de grafen, borofenul vine cu diferite polimorfe, cum ar fi dungi, β12, X3 și fagure, iar până acum, toate s-au dovedit a fi metalice. Cu toate acestea, borul în vrac este semiconductor. Desigur, cercetătorii doresc să exploreze faza semiconductoare 2D a borului.
Semiconductorii joacă un rol crucial în proiectarea tranzistoarelor și a circuitelor integrate construite cu ele. Utilizarea siliciului ca material semiconductor de bază într-un tranzistor a revoluționat industria electronică. Cu timpul, reducerea dimensiunii tranzistorului le-a permis inginerilor să împacheteze milioane de tranzistori într-o zonă unitară de wafer de siliciu.
Cu toate acestea, cercetătorii prevăd că reducerea tehnologică a siliciului va atinge blocajul în următorii câțiva ani. Prin urmare, industria semiconductoarelor trebuie să exploreze materialele 2D ca alternativă la siliciu, deoarece cercetătorii declară că materialele 2D pot oferi o integritate electrostatică optimă pentru tranzistori.
După descoperirea grafenului în 2004, o duzină de semiconductori 2D ( de exemplu germanane, teluren, fosforen etc.) au fost investigate experimental pentru aplicarea canalului tranzistorului. Cu toate acestea, explorarea experimentală a materialelor 2D din spațiul lor infinit este imposibilă. Prin urmare, odată cu progresul în știința și tehnologia computațională, descoperirea materialului relevant tranzistorului din spațiul enorm de material 2D este solicitată.
Până în prezent, fazele semiconductoare raportate ale borofenului prezintă mici intervale de bandă, care fac ele neadecvate ca material de canal tranzistor. În munca noastră, am descoperit o rețea 2D hiper-coordonată de atomi de bor numită borofen-P1 grupat. Prezintă o bandă interzisă asemănătoare siliciului, totuși mase eficiente mai mici și simetrice de-a lungul direcției de transport.
În lucrarea noastră recentă, care este publicată în ACS Applied Materials and Interfaces ("Descoperirea borofenului P1 Clustered și a aplicației sale ca cel mai ușor tranzistor de înaltă performanță"), începem studiul cu un prim- căutarea bazată pe principii a spațiului 2D al borului, folosind un algoritm evolutiv. Produce faza excepțională de borofen semiconductor, borofen-p1 grupat, care prezintă o energie totală apropiată de minimul global al tuturor fazelor de borofen.
După aceea, am prezis caracteristicile de performanță ale MOSFET-urilor convenționale (metal- tranzistoare cu efect de câmp oxid-semiconductor) implementate cu borofen P1 grupat pentru lungimi de canal de 10 nm până la 3 nm. Am efectuat această muncă folosind un simulator de transport cuantic auto-consecvent, bazat pe GPU. S-a constatat că performanța acestor MOSFET îndeplinește cerințele IRDS (foaia de parcurs internațională pentru dispozitive și sisteme) pentru mai multe valori de referință.
Borofenul p1 grupat prezintă o stabilitate termodinamică, structurală și dinamică remarcabilă. După cum se arată în lucrarea noastră, este de remarcat faptul că chiar și un tranzistor cu lungimea canalului de 3 nm poate furniza un raport de curent ON-to-OFF de 104. Pe de altă parte, funcționarea în mod echilibrat a MOSFET-urilor de tip n și p îl face potrivit pentru performanța circuitului CMOS (semiconductor de oxid de metal complementar). Ținând cont de aceste rezultate benefice, am prezis că MOSFET-ul borofen P1 în cluster poate duce la o opțiune bună pentru cel mai ușor tranzistor de înaltă performanță.
Această poveste face parte din Science X Dialog, unde cercetătorii pot raporta constatările din articolele lor de cercetare publicate. Vizitați această pagină pentru informații despre ScienceX Dialog și despre cum să participați.
Sirsha Guha este doctorand la Institutul Indian de Științe (IISc) Bangalore. Arnab Kabiraj este cercetător asociat al Institutului Indian de Știință (IISc) Bangalore. Santanu Mahapatra lucrează ca profesor la Institutul Indian de Știință (IISc) Bangalore. Pentru mai multe informații, consultați: santanu.dese.iisc.ac.in și nsdrl.dese.iisc.ac.in
Comentarii:
Adauga Comentariu