Jako nowe technologie i sztuczna inteligencja z góry, zapotrzebowanie na wydajne i wydajne półprzewodniki stale rośnie.
Naukowcy z Uniwersytetu w Minnesocie opracowali nowy materiał, który może zrewolucjonizować elektronikę dużej mocy nowej generacji, czyniąc ją szybszą, bardziej przejrzystą i wydajną. Ten opracowany materiał umożliwia elektronom poruszanie się z większą prędkością, zachowując jednocześnie przejrzystość zarówno dla światła widzialnego, jak i ultrafioletowego, przekraczając poprzednie rekordy wydajności.
Badania opublikowane w Postęp naukirecenzowane czasopismo naukowe, oznacza znaczący krok naprzód w projektowaniu półprzewodników, co ma kluczowe znaczenie dla wartego bilion dolarów globalnego przemysłu, który ma nadal rosnąć wraz z rozwojem technologii cyfrowych.
Półprzewodniki zasilają prawie całą elektronikę, od smartfonów po urządzenia medyczne. Kluczem do rozwoju tych technologii jest udoskonalanie materiałów nazywanych przez naukowców „ultraszeroką przerwą wzbronioną”. Materiały te mogą skutecznie przewodzić prąd nawet w ekstremalnych warunkach. Półprzewodniki o bardzo szerokiej przerwie wzbronionej zapewniają wysoką wydajność w podwyższonych temperaturach, co czyni je niezbędnymi do produkcji trwalszej i solidniejszej elektroniki.
Zwiększanie przejrzystości i przewodności w półprzewodnikach
W tym artykule naukowcy przyjrzeli się stworzeniu nowej klasy materiałów o zwiększonej „przerwie wzbronionej”, poprawiającej zarówno przezroczystość, jak i przewodność. To wyjątkowe osiągnięcie wspiera rozwój szybszych i wydajniejszych urządzeń, torując drogę przełomom w komputerach, smartfonach, a potencjalnie nawet obliczenia kwantowe.
Nowy materiał to przezroczysty przewodzący tlenek, stworzony ze specjalistycznej cienkowarstwowej struktury, która zwiększa przezroczystość bez utraty przewodności. Ponieważ technologie i zastosowania sztucznej inteligencji wymagają coraz bardziej wydajnych materiałów, to przełomowe osiągnięcie stanowi obiecujące rozwiązanie.
„Ten przełom zmienia reguły gry w dziedzinie przezroczystych materiałów przewodzących, umożliwiając nam przezwyciężenie ograniczeń, które od lat wstrzymują działanie urządzeń w głębokim ultrafiolecie” – powiedział Bharat Jalan, kierownik i profesor firmy Shell na Wydziale Inżynierii Chemicznej Uniwersytetu w Minnesocie i Nauka o materiałach.
Praca nie tylko demonstruje bezprecedensowe połączenie przezroczystości i przewodności w widmie głębokiego ultrafioletu, ale także toruje drogę innowacjom w zakresie urządzeń optoelektronicznych o dużej mocy, które mogą działać w najbardziej wymagających środowiskach, wyjaśnił Jalan.
Walidacja techniczna i doskonalenie struktury materiału
Pierwsi współautorzy badania, Fengdeng Liu i Zhifei Yang, doktoranci z zakresu inżynierii chemicznej i inżynierii materiałowej. studenci pracujący w laboratorium Jalana stwierdzili, że udowodnili, że właściwości materiału są niemal zbyt doskonałe, aby można było w nie uwierzyć w zastosowaniach elektronicznych. Przeprowadzili wiele eksperymentów i wyeliminowali defekty materiału, aby zwiększyć jego wydajność.
„Dzięki szczegółowej mikroskopii elektronowej stwierdziliśmy, że materiał ten jest czysty i pozbawiony widocznych defektów, co pokazuje, jak potężne perowskity na bazie tlenków mogą pełnić rolę półprzewodników, jeśli defekty są kontrolowane” – powiedział Andre Mkhoyan, starszy autor artykułu oraz Ray D. i Ray D. Mary T. Johnson Przewodnicząca i profesor na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Nauki o Materiałach Uniwersytetu Minnesota.
Odniesienie: „Przezroczyste przewodzenie SrSnO3 w głębokim ultrafiolecie poprzez projekt heterostruktury” Fengdeng Liu, Zhifei Yang, David Abramovitch, Silu Guo, K. Andre Mkhoyan, Marco Bernardi i Bharat Jalan, 1 listopada 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adq7892
Oprócz Jalana, Liu, Yang i Mkhoyana w skład zespołu weszli Silo Guo z Wydziału Inżynierii Chemicznej i Nauki o Materiałach Uniwersytetu Minnesota oraz David Abramovitch i Marco Bernardi z Wydziału Fizyki Stosowanej i Materiałoznawstwa Kalifornijskiego Instytutu Technologii.
Prace te zostały sfinansowane przez Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych (AFOSR), Narodową Fundację Nauki oraz Centrum Nauki i Inżynierii Materiałowej Uniwersytetu Minnesota (MRSEC). Prace ukończono we współpracy z ośrodkiem charakteryzacji Uniwersytetu Minnesota i Minnesota Nano Center.
