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黑磷可能是下一个硅吗?

2019-12-04 18:39:07来源:励志吧0次阅读

科学家不断的寻找能够使芯片上集成更多晶体管的材料,麦吉尔大学和蒙特利尔大学的新研究进一步证明,黑磷可能成为一个强有力的候选者。今天在自然通讯上发表的一项研究中,研究人员报告说,当电子在磷晶体管中移动时,他只在两个维度上进行。这一发现表明,黑磷能帮助工程师克服未来电子产品的一个具大挑战:设计高能效晶体管。

“当晶体管细小、电子只在两个维度移动的时候其工作更有效率,”麦吉尔大学电气和计算机工程系副教授、新研究的资深作者Thomas Szkopek说,“没有比单层原子更薄的。”

2004年,英国曼彻斯特大学的物理学家首次分离和探索石墨烯的非凡特性 - 一个原子厚的碳层。从那时起,科学家们开始调查一系列其他二维材料。研究之一就是黑磷,磷的一种类似于石墨并且很容易分离成单个原子层的形式,被称为亚磷。

亚磷已经引发越来越浓厚的兴趣,因为它克服了许多电子产品中石墨烯的挑战。不像石墨烯,其作用就像一个金属,黑色磷是一种天然的半导体:它可以容易地打开和关闭。

“为了降低晶体管的工作电压,从而减少它们所产生的热量,我们必须得到越来越接近在原子水平上设计的晶体管,”Szkopek说。 “未来的晶体管设计者需要多种原子层状材料:理想的半导体,理想的金属,和理想的电介质。所有这三个组件要应用于精心设计的晶体管都必须进行优化,黑磷充当了半导体材料的角色”。

这项工作是Szkopek的纳米电子学研究小组与麦吉尔物理系纳米科学实验室的Guillaume Gervais教授,以及蒙特利尔大学化学系Richard Martel教授的纳米结构研究小组的多学科协作。

为了研究电子如何在磷晶体管中移动,在佛罗里达州世界上规模最大、动力最高的磁铁实验室-国家强磁场实验室进行的实验中,研究人员察它们在磁场影响下的行为。这项研究“提供了对于黑色磷行为基础物理的重要的见解,” 佛罗里达州工厂的直流场设备主任Tim Murphy说。

“这些结果中令人惊奇的是,电子能够被拉入一个二维的电荷片,即使它们占据的体积是在几个原子层厚度,”Szkopek说。这一发现是重要的,因为它可能会有助于制造材料 -虽然在这一点上“没有人知道该如何大规模的生产这种材料”。

“世界上对黑色磷产生了巨大的新兴的兴趣,”Szkopek说。 “我们仍然还有很长的路要走才能看见原子层晶体管变成商业产品,但现在我们已经更近了一步。”

这项工作是由加拿大自然科学和工程研究理事会,加拿大高级研究所,Fonds de recherche du Québec - 自然等技术,Le regroupement québécois sur les matériaux de pointe和加拿大首席研究员计划资助。工作的一部分是由美国国家科学基金会,美国佛罗里达州和美国能源部门的国家高磁场实验室完成的。

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