Моноселенид индия - революция в наноэлектронике

Моноселенид индия
Моноселенид индия - революция в наноэлектронике

Украинский ученый создал новый графеноподобный полупроводниковый материал. Руководитель Черновицкого отделения Института проблем материаловедения (ИПМ) имени И.М. Францевича НАН Украины, доктор физико-математических наук, профессор Захар Дмитриевич Ковалюк открыл сверхтонкие нанопленки слоистого кристалла моноселенида индия (InSe) с уникальными возможностями.

Например, применение моноселенида индия в перспективе может вызвать революцию в наноэлектронике, считают исследователи.

Графенова перспектива

Не секрет, что современная полупроводниковая промышленность буквально «задыхается» из-за отсутствия существенных технологических прорывов. Именно поэтому новые поколения компьютеров предлагают лишь считанные проценты роста производительности. Большие надежды разработчики возлагают на графен – это материал из слоев графита толщиной в один атом. Он пригоден для изготовления сверхбыстрых процессоров и емкостных аккумуляторов.

Графен был первым 2D-кристаллом, экспериментально полученным еще в 2004 году в Манчестерском университете британскими учеными российского происхождения Андреем Геймом и Константином Новоселовым. В 2010 году за это эпохальное открытие им была присуждена Нобелевская премия в области физики. Графен имеет толщину в один слой атомов углерода и характеризуется уникальными свойствами, которые делают его практически идеальным для применения в электронных приборах. В частности, графен отличается беспрецедентно высокой подвижностью электронов, хорошо проводит ток и тепло.

Проблемой этого материала является отсутствие в нем так называемой запрещенной зоны – интервала энергий. Наличие такой зоны является крайне желательной, ведь она дает возможность проводить или не проводить электрический ток. Это позволяет создавать такие важнейшие элементы современной полупроводниковой электроники, диоды и транзисторы. Именно поэтому ученые активно ищут материалы с высокой подвижностью электронов и наличием запрещенной зоны.

Моноселенид индия (InSe)

Нанопленки моноселенида индия получили из массивных слитков слоистых кристаллов InSe, подобных по своей структуре к графиту, из которого получили графен. Слоистый кристалл моноселенида индия известен уже на протяжении многих лет, однако лишь в 2013 году ученые впервые попытались выделить из него атомарно тонкие пленки. Выполнить это задание, а также исследовать оптические и электрические свойства слоев толщиной от одного до нескольких нанометров удалось только в 2016 году.

Совместная работа украинских и британских ученых позволила получить из кристалла InSe один слой. Интересно, что, как и при первом получении графена в 2004 году, для отшелушивания лишних слоев моноселенида индия использовалась обычная клейкая лента – «скотч». Толщина такого материала составляет от одного слоя (~0,83 нм) до нескольких десятков слоев. В отличие от графена, который состоит из одноатомного слоя (монослоя) углерода, моноселенид индия является бинарным соединением атомов индия (In) и селена (Se) – толщиной в четыре атома, расположенных в последовательности Se-In-In-Se.

Сейчас ученым известен только один двумерный полупроводниковый кристалл, который по своим электрическим свойствам мог бы составить конкуренцию InSe, – черный фосфор. Однако моноселенид индия, имея не худшие электрические параметры, имеет существенное преимущество над черным фосфором, а именно – высокую стабильность к условиям окружающей среды.

Уникальные свойства моноселенида индия

Ученые установили, что сверхтонкие нанослои моноселенида индия имеют уникальные свойства, которые качественно выделяют его среди остальных графеноподобных двумерных (2D) кристаллов. В полученных образцах моноселенида индия подвижность электронов является наивысшей. Этот параметр материала является чрезвычайно важным с точки зрения повышения быстродействия приборов, которые могут быть созданы на его основе.

Еще одно интересное свойство моноселенида индия заключается в том, что, в отличие от дихалькогенидив и кремния, этот кристалл является так называемым прямозонным полупроводником. Это делает его особенно перспективным для использования в оптоэлектронике. Кроме того, ширина запрещенной зоны InSe существенно зависит от толщины его слоев. Возможность изменять ширину запрещенной зоны этого материала, подбирая нанопленки различной толщины открывает широкие возможности для его применения в оптоэлектронных приборах, способных функционировать в широком спектральном диапазоне от ближней инфракрасной до видимой зоны. Такого эффекта невозможно достичь в других графеноподобных 2D-полупроводниках.

Перспективы применения

По мнению ученых, у нового материала есть широкие перспективы дальнейшего практического применения, поскольку его нанослои при сочетании с графеном и некоторыми другими функциональными 2D-кристаллы имеют все шансы составить конкуренцию кремнию (Si) как основного материала современной электроники и даже заменить его. С помощью этих наноматериалов будут созданы более быстрые и более гибкие электронные устройства с низким энергопотреблением, надеются ученые.

Самые популярные новости недели

Viber является самым популярным мессенджером на постсоветском пространстве, и компании даже запускают в нем собственных чат-ботов. Viber позволяет...

Многочисленной группой пользователей радиотелефонами есть люди пожилого возраста, которым не всегда легко пользоваться современными устройствами....

В Сеть утекли сведения про очередной смартфон от Xiaomi, сообщает gsmarena. Главными особенностями модели станут небольшие размеры и мощное оснащение.

«Меч Хаоса» – популярная мобильная MMORPG, статистика загрузки в Google Play перевалило за 1 млн пользователей. В переводе MMORPG – это массовая...

Недавно представлены компанией LG смартфоны серии X демонстрируют удачное сочетание сбалансированных конфигураций и индивидуальные особенности...