В своем выступлении на только что завершившейся во ВСЕГЕИ 2–й Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского, декан геологического факультета СПбГУ И.В. Булдаков отметил, что среди магистерских занятий факультета успехом пользуется программа «Природные материалы и их синтетические аналоги». На сегодняшний день таких аналогов известно достаточно много. Среди них можно упомянуть широко используемые в технических устройствах кристаллы кварца, флюорита, шеелита, кальцита, рубина и циркона, выращенные в лабораторных условиях.
Похоже, однако, что в самом скором времени преподавателям кафедры кристаллографии СПбГУ придется в своих лекциях рассказывать и о применении в новейшей микроэлектронике нового перспективного синтетического аналога из царства минералов — молибденита.
Молибденит в породе. Фото А.А. Евсеева
Этот свинцово-серый минерал, характеризующийся жирным металлическим блеском и простой химической формулой MoS2 , ранее служил главным образом добавкой к смазочным материалам. Но до сих пор не был исследован на предмет его применения в микроэлектронике.
Как недавно установлено, на основе синтетического молибденита, выращенного и исследованного в Швейцарии, могут быть созданы миниатюрные и энергоэффективные электронные чипы. 30 января 2011 г. ученые из лаборатории наноразмерной электроники политехнической школы в Лозанне (EFPL) опубликовали в журнале Nature Nanotechnology результаты исследования, показывающего, что этот материал при использовании его в электронике имеет явные преимущества по сравнению с традиционными кремнием, и даже с суперпопулярным в последнее время графеном (http://www.vsegei.ru/ru/news/index.php?ELEMENT_ID=557).
Открытие, сделанное в EFPL, может сыграть важную роль в области электроники и позволит создавать более энергоэффективные транзисторы гораздо меньшего размера. Исследование показало, что монослой молибденита является весьма эффективным полупроводником. Это двумерный материал, идеально подходит для его использования в области нанотехнологий. Он обладает реальным потенциалом изготовления на его основе очень маленьких транзисторов, светодиодов (LED) и солнечных батарей.
Модель электронного устройства, созданного на основе молибденита
Сравнивая преимущества молибденита по сравнению с кремнием, который пока остается основным компонентом, используемым в производстве электронных и компьютерных чипов, профессор EFPL Андрас Кис сообщил следующее: «Одним из преимуществ созданного нами для нужд электроники синтетического молибденита является то, что он по-существу, как и графен, — двумерный и поэтому более интересен для микроэлектроники, чем кремний, который является трехмерным материалом. В листе молибденита толщиной 0,65 нанометра электроны могут перемещаться так же легко, как в слое кремния двухнанометровой толщины. В то же время сейчас невозможно изготовить лист кремния толщиной с монослой молибденита». Еще одно преимущество нового материала – возможность изготавливать транзисторы, потребляющие в 100 000 раз меньше энергии в режиме ожидания, чем традиционные кремниевые транзисторы. Наличие в молибдените «запрещенной зоны» (band gap) шириной Eg =1,8 эВ делает его практически идеальным полупроводником. Именно существование «запрещенной зоны» в MoS2 дает ему преимущество (в плане многочисленных применений в микроэлектронике) перед нобелевским объектом графеном — необычным двумерным полупроводником с Eg = 0.
П.Л. Смолянский.
Отдел перспективного развития ИВЦ ВСЕГЕИ
Источники:
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2010.279.html;
http://www.nanonewsnet.ru/news/2011/molibdenit-novaya-alternativa-kremniyu-luchshaya-chem-grafen
