Графен, представляющий собой одноатомный слой углерода, уже достаточно долгое время будоражит умы исследователей из разных стран. Уникальные свойства и структура данного материала делает его достаточно привлекательным кандидатом на замену кремния в электронике будущего.
Правда, именно структура графена, которая наделяет его уникальными свойствами, с другой стороны является достаточно большой проблемой, не позволяющей наладить массовое производство графеновых транзисторов. Достаточно сложно создать ленту шириной от 20 до 50 атомов углерода и при этом сохранить идеальную гексагональную кристаллическую решётку. Несмотря на множество лет, посвященных поиску решений данной проблемы, существует только несколько сомнительных технологий, которые так и не получили широкой поддержки инвесторов.
На этой неделе исследователи Стэнфордского университета рассказали о новом способе получения одноатомных графеновых листов, на базе которых можно создавать полноценные графеновые транзисторы. Для достижения данной цели ученым пришлось выйти за рамки современных технологических постулатов в полупроводниковой промышленности и использовать ДНК.
Метод, разработанный профессором химической инженерии Чжеань Бао (Zhenan Bao) и ее соратниками Анатолием Соколовым и Фанг Линг Япом (Fung Ling Yap), был подробно описан в журнале Nature Communications, а краткий пересказ можно найти на сайте технического факультета Стэнфордского университета.
Исследователи отмечают, что такие физические параметры ДНК как длина и толщина практически полностью соответствуют разработанным ими графеновым лентам. Если рассматривать ДНК с химической точки зрения, то можно обнаружить, что молекулы содержат атомы углерода, из которых, собственно, и состоит графен. Пожалуй, самое интересное – это то, как Бао и ее команда решили использовать химические и физические свойства ДНК.
Сначала исследователи создали кремниевую подложку, которую позже опустили в специальный раствор, содержащий ДНК из клеток бактерии. Используя широко известный в кругах ученых метод, им удалось вытянуть ДНК в прямые нити. Следующим этапом стало воздействие раствором соли и меди, химические свойства которого позволили ДНК поглотить ионы меди. Затем ученые разогрели кремниевую подложку и погрузили ее в камеру с метаном. Под воздействием тепла из ДНК и метана высвобождалась часть атомов углерода, которые впоследствии объединялись и образовывали стабильные графеновые соты.
Исследователям хотелось не просто создать углеродные ленты, но и доказать, что они являются полупроводниками, в отличие от листового графена, поэтому они создали на их базе транзисторы.
В ближайшем будущем Бао и ее команда займется улучшением данной методики создания графеновых лент, так как в процессе производства не все атомы объединялись в одноатомный слой углерода. В некоторых местах атомы углерода сбивались в кучу, образовывая вместо графена графит.
По словам ученых, разработанный ими метод может быть легко адаптирован в массовом производстве полупроводников и позволит графеновым процессорам оказаться в том же ценовом диапазоне, что и их кремниевые собратья.