Ett europeiskt forskningsprojekt har tagit ett viktigt steg mot ytterligare miniatyrisering av nanoelektronik, använder ett mycket lovande nytt material som kallas silicen. Dess mål:att göra framtidens enheter betydligt mer kraftfulla och energieffektiva.

silicen, ett nytt halvledande material som kombinerar egenskaperna hos kisel och grafen, är en av de mest lovande kandidaterna för att tillverka ännu mindre elektroniska kretsar för framtida smarta enheter.

"Elektronik är för närvarande inbäddad i många lager av kiselatomer. Om de kan tillverkas i ett enda lager, de kan krympas ner till mycket mindre storlekar och vi kan minska strömläckage, samtidigt göra enheter mer kraftfulla och energieffektiva, " förklarade Dr Athanasios Dimoulas, samordnare för EU:s 2D-NANOLATTICES-projekt.

Grafen är ett intressant ämne genom att det förekommer i ett enda lager av atomer, men har inte det "energigap" som behövs för att vara ett halvledarmaterial. silicen, en 2D-form av kisel, tar med sina halvledaregenskaper till en värld av 2D-material. Problemet med silicen, dock, är det modifieras i kontakt med andra ämnen såsom metaller.

Elektronik som är 100 gånger mindre

Att kondensera elektronik till ett enda lager av silicen och bibehålla elektronisk prestanda har visat sig vara en svår uppgift för forskare – fram till nu. 2D-NANOLATTICES-projektet har uppnått en betydande innovation över hela världen genom att göra en fälteffekttransistor (FET) av materialet för att fungera vid rumstemperatur.

FET:er är en nyckelomkopplingskomponent i elektroniska kretsar. Att bädda in det i bara ett lager av kiselatomer (i silicenstruktur), överför sedan lagret, odlas på ett silversubstrat, till en gjord av ett mer neutralt ämne, kiseldioxid, är en stor framgång. "Tester visade att prestanda hos silicen är mycket, mycket bra på det icke-metalliska underlaget, ' entusiasmerad Dr Dimoulas, av Demokritos, Greklands nationella centrum för vetenskaplig forskning.

"Det faktum att vi har den här ena transistorn gjord av bara ett enda lager material som kisel har inte gjorts tidigare och det här är verkligen något som kan beskrivas som ett genombrott. På grundval av denna prestation, det skulle kunna vara möjligt att göra transistorer upp till 100 gånger mindre i vertikal riktning, tillade Dr Dimoulas.

Att se potentialen

Nu när transistorn har krympts vertikalt till bara ett 2D-lager av atomer, dimensionerna kan krympas i sidled, för, vilket betyder att samma område på ett chip kan rymma upp till 25 gånger mer elektronik, Dr Dimoulas räknade ut.

Dessutom, användningen av en singel, smal kanal för att leda elektrisk ström minskar strömläckage, ett problem som har oroat halvledarindustrin under en tid:hur man kan bli ännu mindre utan att enheter överhettas i form av strömläckage.

Detta är goda nyheter för chiptillverkare, när kapplöpningen om att producera nästa våg av kommunikationsteknik värms upp med tillkomsten av 5G-mobilnät.