Графеновая электроника особенности технологии 21 века

Графеновая электроника

Правительство разных стран заявляет о необходимости развивать нанотехнологии. Если разобраться с этим вопросом более детально тогда можно заметить нелогичность, так как на науку выделяется намного меньше средств, чем на военные разработки. Деньги, которые в дальнейшем будут вложены в научные разработки позволяют изменить жизнь человека и вплотную подойти к решению проблемы бессмертия.

Если говорить о науке тогда можно сказать о невероятной разработке, которая имеет название графеновая электроника. Именно с этой технологией многие ученые связывают прорыв в области электроники.

Особой темой является микроэлектроника. Современные микропроцессоры и чипы памяти преодолевают значение технологических норм в 10 нанометров. Чем дальше двигаются разработчики, тем сложнее задачи приходится решать. Согласно статистическим данным инженеры уже вплотную приблизились к физическим пределам кремниевых чипов. Люди, которые интересуются современными микропроцессорами знают, что быстродействие остановилось на тактовой частоте около 4 ГГц.

Кремний является прекрасным материалом для микроэлектроники, но обладает значительным недостатком – плохой теплопроводимостью. С ростом тактовой частоты и плотности элементов этот недостаток может стать барьером на пути дальнейшего развития микроэлектроники. На сегодняшний день появилась замечательная возможность использовать альтернативные материалы. Графен – это двухмерная форма углерода и углеродные нанотрубки, которые являются трехмерной кристаллической формой того же углерода. После первых результатов исследований стало ясно, что графеновые транзисторы работают на частоте 300 ГГц. Опытные образцы сохраняли свои температуры, даже при 125 градусах.

Каждый электрик должен знать:  Стрелочные и цифровые мультиметры - достоинства и недостатки

История открытия графенового чуда

Графеновая электроника – это чудо 21 века. За открытие графена в 2020 году двум россиянам Андрею Гейму и Константину Новосельцеву присудили Нобелевскую премию. Графен – это новая кристаллическая модификация углерода, толщина которого составляет 1 атомный слой. Интересный момент заключается в том, что теоретиками графен был открыт еще 60 лет назад. Математическая модель двухмерное решетки прекрасно описывала теплофизические свойства графита и иных трехмерных модификаций углерода.

Ранее многочисленные попытки создать двухмерные кристаллы углерода заканчивались неудачами. Доказать, что графен – это реальность, удалось только в 2004 году. Для получения графена была использована специальная методика химического скалывания графитовых кристаллических плоскостей. Похожие процессы происходят при рисовании карандашом по шершавым поверхностям, но требования к условиям отслоения образцов неизмеримо жестче.

Каждый электрик должен знать:  Подключение духовкого шкафа и варочной панели к пятижильному кабелю

Второй трудностью, с которой столкнулись ученые стало то, что нужно было доказать графеновую структуру. Авторы утверждают, что если бы не удалось найти способа наблюдения графена, то его бы еще не открыли. Методика наблюдения графена достаточно необычная и заключается она в формировании двумерной кристаллической поверхности на подложке из окиси кремния. Затем за графеном наблюдали в обычный микроскоп. Правильная кристаллическая решетка создавала интерференционную картину, которая наблюдалась исследователями.

Перспективы практического применения графена

Открытие графена вызвало необратимую реакцию. На протяжении десятилетий многие думали, что двухмерной модификации углерода не существует, но оказалось, что с помощью простых процессов его можно получить в дальнейшем в неограниченном количестве. Практически с каждым днем появляется новая информация о том, где можно будет использовать графен.

Обычные свойства графена на сегодняшний день позволяют не просто отводить тепло, но преобразовывать его обратно в электрическую энергию. Графеновая решетка имеет толщину всего в один атомный слой, поэтому можно предсказать, что плотность элементов на чипе резко возрастет и может достигать 10 миллиардов транзистором на квадратный сантиметр. Уже сегодня можно встретить графеновые транзисторы и микросхемы, смесители частоты, модуляторы, которые работают на частотах выше 10 ГГц.

Каждый электрик должен знать:  ГОСТ Р 52373-2005 статус на 2020 год, скачать документ в PDF

Графеновые транзисторы напоминают сэндвичи

Не менее оптимистично многие разработчики относятся к применению углеродных нанотрубок в макроэлектронике. На их основе уже были реализованы транзисторные структуры, а сравнительно недавно специалисты продемонстрировали IBM микросхему, на которой сформировано 10 тысяч нанотрубок. Сразу углеродные материалы просто не смогут заменить кремний в макроэлектронике. Многие утверждают, что уже скоро тот день, когда в мобильном устройстве можно будет увидеть микропроцессоры, вычислительная мощность которых будет превышать производительность современных суперкомпьютеров.

Не нужно думать, что эти современные технологии – это только дело будущего. В гонку практической реализации уже вступили известные гиганты электронной индустрии. В ближайшее десятилетие графен сможет стать привычным материалом. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

Добавить комментарий