Kisel har varit hörnstenen i halvledarindustrin i decennier, men dess regeringstid kan närma sig sitt slut. När enheterna fortsätter att krympa i storlek blir begränsningarna för kisel mer uppenbara. Svart fosfor, ett tvådimensionellt material, växer fram som en lovande utmanare för att ersätta kisel i nästa generations elektroniska enheter.

Vad är svart fosfor?

Svart fosfor är ett skiktat material som består av fosforatomer ordnade i ett hexagonalt gitter. Det är en halvledare med ett bandgap på 2,0 eV, vilket liknar det för kisel. Svart fosfor har dock flera fördelar jämfört med kisel som gör det till ett lovande material för elektroniska enheter.

Fördelar med svart fosfor

* Hög rörlighet: Svart fosfor har en hög bärarrörlighet, vilket gör att elektroner snabbt kan röra sig genom materialet. Detta är viktigt för högpresterande elektroniska enheter.

* Direkt bandgap: Svart fosfor har ett direkt bandgap, vilket gör att den kan avge ljus effektivt. Detta är viktigt för optoelektroniska enheter som lysdioder och lasrar.

* Lagerflexibilitet: Svart fosfor är ett skiktat material, vilket innebär att det kan tunnas ut till ett enda atomlager. Detta möjliggör skapandet av extremt tunna elektroniska enheter.

* Miljöstabilitet: Svart fosfor är stabil i luft och vatten, vilket gör den lätt att bearbeta och hantera. Detta är viktigt för tillverkning av elektroniska enheter.

Utmaningar med svart fosfor

Även om svart fosfor har många fördelar jämfört med kisel, finns det också vissa utmaningar som måste övervinnas innan det kan användas i kommersiella elektroniska enheter.

* Syntes: Svart fosfor är fortfarande ett relativt nytt material, och metoderna för att syntetisera det är fortfarande under utveckling. Det gör det dyrt och svårt att producera i stora mängder.

* Stabilitet: Svart fosfor är instabil under höga temperaturer, vilket gör det svårt att använda i högeffekts elektroniska enheter.

* Integration: Svart fosfor är inte kompatibel med de nuvarande tillverkningsprocesser som används för kiselbaserade enheter. Detta gör det svårt att integrera svart fosfor i befintliga elektroniska system.

Outlook

Trots utmaningarna är svart fosfor ett lovande material för nästa generations elektroniska enheter. Dess höga rörlighet, direkta bandgap, lagerflexibilitet och miljöstabilitet gör den till ett attraktivt alternativ till kisel. I takt med att metoderna för att syntetisera och bearbeta svart fosfor kommer att bli allt viktigare inom halvledarindustrin.

Slutsats

Svart fosfor är en potentiell efterföljare till kisel i nästa generations elektroniska enheter. Dess unika egenskaper erbjuder flera fördelar jämfört med kisel, men det finns också vissa utmaningar som måste övervinnas innan det kan användas i kommersiella enheter. I takt med att forskningen och utvecklingen av svart fosfor fortsätter kommer det sannolikt att spela en allt viktigare roll i elektronikens framtid.