Помимо своей уникальной твердости и красоты, алмаз нередко применяется в полупроводниковой промышленности, например, в качестве подложки для высокочастотных арсенид-галлиевых транзисторов. Однако, алмазу теоретически можно найти ещё одно применение в полупроводниковой технике – в качестве усилителя электропроводимости кремниевых нанопроводников. Об этом сообщают в своей работе двое ученых Калифорнийского Университета в Риверсайд (University of California-Riverside, UCR), Александр Баландин и Владимир Фоноберов. В своем исследовании, опубликованном 19 октября в Nano Letters, ученые провели теоретический расчет, согласно которому покрытый алмазом кремниевый нанопроводник проводит электрический ток в 100 раз лучше обычного при температуре кипения жидкого гелия, и в два раза – при комнатной температуре. А всё из-за того, что подвижность электронов в обычном кремниевом нанопроводнике значительно ниже, чем в нанопроводнике с алмазным покрытием.
Исследованием того, как улучшить подвижность электронов или хотя бы не снизить её при уменьшении норм производства полупроводниковых транзисторов, заняты многие научные умы. Одним из способов, например, является добавление композитного кремний-германиевого слоя в полностью кремниевый кристалл ИС. Это решает проблему подвижности электронов, однако, кремний-германиевый слой плохо проводит тепло, что, в свою очередь, неминуемо приведет к проблемам с отводом тепла у быстродействующих микросхем.
Идея заключения кремниевого нанопроводника в алмазную «нанотрубку» направлена на то, чтобы снизить рассеяние электронов на фононах (квантах колебаний кристаллической решетки), становящееся значительнее с уменьшением размеров транзисторов. Алмаз, являясь акустически твердым материалом, модифицирует фононный спектр нанопроводника таким образом, что электроны взаимодействуют с фононами меньше и, как следствие, испытывают меньшее сопротивление при движении в электрическом поле, которое и есть электрический ток. При этом алмаз прекрасно проводит тепло.
Баландин и Фоноберов не отрицают главной трудности, стоящей на пути своей технологии в производство – высокой стоимости и высокой температуры, требуемой для нанесения алмаза на нанопроводник, препятствующей интеграции в кремниевые ИС. Ученые предполагают, что поликристаллический алмаз, создаваемый при меньших температурах, может дать похожие, хотя и худшие результаты.
Справедливости ради отметим, что двукратное уменьшение сопротивления нанопроводников – не такой уж выдающийся с точки зрения физики результат. Однако, если экспериментальные исследования подтвердят справедливость выводов ученых, это, несомненно, пополнит «копилку» технологий, применимых для наноэлектронных устройств будущего.