На тему того, какая технология может в перспективе прийти на смену полупроводникам в качестве новой элементной базы и выхватить знамя первенства из «слабеющих рук», уже сломано немало копий. Пожалуй, наибольший интерес сегодня представляют углеродные нанотрубки – публикации о них появляются в периодической печати с всё возрастающей частотой. Однако, есть и альтернативы, тоже углеродные, но имеющие отличную от нанотрубок структуру – так утверждают профессор Андрэ Гейм (Andre Geim) и Константин Новоселов из Манчестерского университета (точнее, из The School of Physics and Astronomy at The University of Manchester) в мартовском номере журнала Nature Materials. В своей статье ученые описывают транзистор, толщина которого составляет один атом, а ширина – 50.
Можно сказать, что транзистор состоит из графена – двумерного (плоского) аллотропа углерода (на рисунке – фрагмент «кристаллической решетки» графена, представляющей собой бесконечную плоскость). То, что на базе графена можно создать транзистор, стало известно практически сразу после обнаружения этого аллотропа (вообще говоря, полевые транзисторы можно создавать из очень большого числа материалов, не обязательно полупроводников), однако, первые устройства на его базе обладали весьма большим током утечки, а этот параметр является критически важным для индустрии, стремящейся к наращиванию не только быстродействия и ёмкости, но и к снижению энергопотребления.
Гейм со товарищи предложили простой и элегантный способ решения этой проблемы, попутно продемонстрировав то, что графен остается стабильным и сохраняет свойство проводить электричество, даже находясь в виде наночастиц размером несколько нанометров – точнее, в виде полос шириной в 50 атомов (толщина, напомним, составляет один атом, то есть, порядка ангстрема или на порядок меньше нанометра). А вот свойства кремния, да и многих других элементов и соединений, зачастую меняются при смене микроскопических масштабов на наноскопические. Профессор Гейм предполагает, что, вполне вероятно, ширина полосы графена в 50 атомов – не предел и планируют работать над созданием устройств еще меньшего размера, вплоть до нескольких атомов.
По мнению ученых, их разработка позволит продлить жизнь закону Мура даже после того, как полупроводниковые технологии канут в Лету – то есть, даже спустя более полувека с момента формулировки эмпирического правила, отмечающего, что плотность интегральных микросхем удваивается каждые 18-24 месяца, оно будет по-прежнему актуальным.
Будущее элементной базы английские ученые видят так: на графеновом листе вырезаются истоки и стоки транзисторов, роль затвора которых выполняют «квантовые точки» - «полупрозрачные» (имеется в виду – есть вероятность туннелирования – прим. перев.) потенциальные барьеры, позволяющие контролировать движение электронов, а также проводники и внутренние соединения. Таким образом, в будущем для производства интегральных схем можно будет вообще отказаться от кремния или германия – всё будет делаться из графена. Главная проблема, как справедливо указывает принимающий участие в исследовательском проекте Леонид Пономаренко (также сотрудник Манчестерского Университета), что пока что технологии, способной «нарезать» из графена элементы с точностью до единиц нанометров, не существует. Увы, глава исследовательской группы, профессор Гейм, испытывает весьма сдержанный оптимизм и не предполагает появления коммерческих прототипов ранее 2025 года.