残念ながら、実際に広く使用されている通常の半導体とは異なり、最近高い期待が寄せられている材料であるグラフェンには禁制帯がありません。これは、それに基づいて新世代トランジスタを構築する複雑さまたは完全な不可能性を意味します。 Guangxiu Liu氏と彼の同僚は 、従来のトランジスタで使用されている回避策とは異なる回避策を見つけたと言いました。
過去50年間で、シリコンエレクトロニクスの開発は、主に水晶上の個々のコンポーネントの削減によるものです。 しかし、すべてには限界があり、専門家はこれが2026年まで続くと信じています。 世界中の科学者は、シリコンに代わる材料を積極的に探しており、多くの場合、目はグラフェンに向いています。
トランジスタに使用される半導体には、あらゆる固体材料と同様に、電子を自由に流すことができるエネルギーのゾーンがあり、電子が導体になり、それらを「開き」、それらの動きが不可能なゾーンがあります。 。 伝導帯の状態を開いて遷移するには、比較的少量のエネルギーが必要です。 半導体トランジスタの原理と特性を決定するのはこれらの特性です。 ただし、グラフェンに禁制帯が存在しないため、トランジスタとしての使用が大幅に制限されます。グラフェンには、結晶内の電子が持つことができないエネルギー領域がありません。 実際には、これはグラフェントランジスタを「オフ」にできないことを意味します。
したがって、グラフェンの特性の研究者が直面している主なタスクの1つは、人工禁止エネルギーゾーンの作成でした。 彼らは、電界をかける、不純物を加える、または材料を伸縮させることでこれを達成しました。 トランジスタを作成するには、室温条件で単位eVの禁制帯が必要であり、試行により数百meVのバンドギャップしか生じませんでした。 また、この場合でも、グラフェントランジスタにはマイナスの特性がありました。つまり、消費電力が非常に高く、熱を放散します。
Liuと彼の同僚は、まったく異なる視点からアプローチしました。人工的なバンドギャップを作成しようとするのではなく、結果として得られるトランジスタをよりシリコンのようにするため、負の抵抗の現象を使用しました。 この現象は、流れる電流の増加に伴って電圧が低下する領域の電流-電圧特性に現れることにあります。 さまざまな研究により、グラフェンは特定の条件下で負の抵抗性を持つことが示されています。
Liuのグループは、この電圧降下を使用してゲートを作成しようとしました。 実際、主な成果は、いくつかのグラフェン電界効果トランジスタの助けを借りて、従来のロジック要素を作成する方法のデモンストレーションでした。 結果は有望であり、Liuと彼の同僚は、シリコントランジスタを使用して作られた類似の回路よりも優れた論理回路を作成することにより、アプローチの有効性を示しました。 これまでのところ、研究者は、8個のシリコントランジスタではなく、3個のグラフェントランジスタに基づいて排他的な「OR」要素を作成することに成功しました。 また、グラフェントランジスタが400 GHz以上の周波数で動作できることも興味深いです。
もちろん、個々の要素の動作頻度は、マイクロプロセッサ全体の同様の動作頻度を意味するものではありません。 また、トランジスタの動作周波数の現在の記録は、 1.5 MHzシリコンゲルマニウムトランジスタについても残っており、室温で765 GHzの周波数で、-55°Cの温度で845 GHzの周波数で動作します。これは、リン化インジウムとヒ化インジウムガリウムに基づくトランジスタです 。 動作速度に関しては、 enclisが指摘しているように、レーザー放射の助けを借りて、誘電体の電界をフェムト秒の周波数でペタヘルツに切り替えることができます 。 それにもかかわらず、Guangxiu Liuと彼の同僚の研究は新しく、グラフェンに基づいて論理回路を構築する以前の方法とは異なります。
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