Стенфордський вчені розробили метод виготовлення графенових транзисторів, що використовує молекули ДНК
Група вчених зі Стенфордського університету розробила спосіб "вирощування" графенових нанострічок з допомогою молекул ДНК. Це досягнення може стати ключем до технологій масового виробництва транзисторів на базі графену, які мають на порядок менші розміри, більш високі швидкісні характеристики і вимагають менше енергії, ніж навіть найкращі зразки сучасних кремнієвих транзисторів.
Виробники електронних чіпів щороку інвестують мільярди на розробку і створення транзисторів, розміри яких трохи менше транзисторів попереднього покоління. Але навіть і такого невеликого зменшення розмірів транзисторів досить для збільшення їх продуктивності та зниження рівня потрібної їм для роботи електричної енергії. Одержувані зміни можуть здатися не дуже значними для кожного з транзистора окремо, але коли ці зміни починають виявлятися на рівні чіпа, кристал якого містить мільйони транзисторів, вони, ці зміни, набувають чималу вагу, дозволяючи закону Гордона Мура діяти далі.
Розвиток кремнієвих транзисторів виконало дуже довгий шлях, і поступово ці транзистори наближаються до фізичних меж зменшення їх габаритів і збільшення швидкодії. Після деякого межі виділяється на транзисторі паразитне тепло і струми власної витоку стануть непереборною перешкодою подальших вдосконалень структури кремнієвого транзистора. І наближення до вищезазначеного межі, яке спостерігається останнім часом, змушує вчених постійно вишукувати альтернативні типи транзисторів і методи їх виробництва.
Графен, одношаровий матеріал, який складається тільки з атомів вуглецю, є самим перспективним матеріалом на сьогоднішній день, який може бути використаний в якості матеріалу транзисторів нового типу. З-за його чудовою питомої електричної провідності і ряду інших унікальних характеристик, графен має потенціал стати основним матеріалом високоефективних польових транзисторів, розміри яких будуть набагато менші розмірів кремнієвих транзисторів, які будуть мати високі швидкісні і енергетичні показники, і що також важливо, будуть недорогі у виробництві.
Графенові транзистори можуть бути виготовлені з графенових нанострічок, шириною всього 20-50 атомів. Але процес виготовлення таких нанострічок, має високий відсоток повторюваності і мала кількість браку, досі не розроблений, що призводить до того, що графенові транзистори існують зараз тільки у вигляді дослідних зразків, виготовлених в лабораторіях наукових установ.
Але, виявляється, що молекули ДНК мають розміри, приблизно порівняти з розмірами потрібних графенових нанострічок. Разом з цим, у них укладено достатню кількість вуглецю, який є єдиним елементом, з якого складається графен. Все це дало групі вчених з Стенфордського університету, очолюваної Зэнэном Бао (Zhenan Bao), ідею використовувати короткі молекули ДНК для виробництва графенових нанострічок з заздалегідь заданими параметрами.
Застосувавши досить поширену технологію, вчені випрямили молекули ДНК, перетворивши їх у відносно прямі лінії. Отримані молекули були оброблені розчином, що містить одну з солей міді, що призвело до поглинання молекулою ДНК іонів міді. Після цього підготовлені молекули ДНК були нагріті до високої температури в захисній газової метанової середовищі. Вплив високої температури призвело до розкладання молекули ДНК і до того, що атоми вуглецю, за участю міді в якості каталізатора, "зібралися" в графенові наноленты, повторюють за формою форму початкових молекул ДНК.
Після успіху в експериментах по створенню графенових нанострічок, вчені зробили крок далі і, використовуючи розроблену ними технологію, виготовили графенові транзистори. Звичайно, процес виготовлення графенових транзисторів ще має бути вдосконалений, в деяких випадках атоми вуглецю, замість того, щоб сформувати лист одноатомной товщини, зв'язуються між собою в іншому порядку. Так що вченим ще належить глибше вникнути в суть процесів, які регулюють зростання графенових нанострічок і розробити більш досконалу технологію, що дозволяє уникнути виникнення дефектів.
Але в будь-якому випадку, робота Стэнфордских вчених є великим кроком до створення масштабованого, недорогого і точного методу виробництва графенової електроніки, що, в кінцевому рахунку, може призвести до появи електронних чіпів нового покоління, в яких не буде використано інших напівпровідникових матеріалів крім графена.