为高速电子器件提供更好材料的稀有元素

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普渡大学的研究人员发现了一种新的二维材料,来自稀有元素碲,使晶体管在计算机芯片中能更好地传输电流。

这一发现增加了一系列极为稀薄的二维材料,工程师们曾试图使用这些材料来提高芯片晶体管的运行速度,从而使信息在电子设备,如电话和计算机和国防技术中得到更快的处理。像红外传感器一样。

其他二维材料,如石墨烯、黑磷和硅烷,在室温下缺乏稳定性,或者对于高速器件的纳米制造有效晶体管需要可行的生产方法。

“所有的晶体管都需要发送一个大电流,这就转化为高速电子器件,”珀杜的Richard J.和Mary Jo Schwartz教授裴德烨说,他是电气和计算机工程的教授。“目前构成晶体管的一维导线具有非常小的截面。但是一个二维材料,就像一张纸,可以在更大的表面上传送电流。

Telurne是一个二维薄膜研究者,在碲元素中发现了一种稳定的片状晶体管结构,它具有更快的移动“载流子”,这意味着电子和它们留下的空穴。尽管碲的稀有性,碲的质子会使二维材料制成的晶体管更容易在更大的范围内产生。研究人员在自然电子学中详述了他们的发现。

“尽管碲在地球地壳上并不丰富,但我们只需要一点点就能通过溶液法合成。在同一批次中,我们有很高的二维碲材料的产出率,“普度大学工业工程学院助理教授文卓武说。“您只需放大保存该解决方案的容器,那么生产率就很高。”

由于电子器件通常在室温下使用,因此在这种温度下自然稳定的碲晶体管比其他需要真空室或低工作温度的二维材料更实用和更具成本效益,以实现类似的稳定性和性能。嗯。

碲的较大晶体薄片也意味着片状物与电子运动之间的障碍更小——这是与其他二维材料中更多、更小的薄片有关的问题。

“室温下的高载流子迁移率意味着更实际的应用,”叶说。更快的电子和空穴会导致芯片上的电流增加。

研究人员预计,由于碲可以在没有任何其他物质的帮助下自行生长,这种材料可能会在计算机芯片晶体管之外的其他应用中得到应用,例如将机械振动或热转换为电能的柔性印刷设备。

“碲是一种多功能材料,Purdue是这个新材料的诞生地,”吴说。“在我们看来,这更接近于具有实用性质的可控材料的可扩展的二维材料生产。”

吴和叶的工作得到普度大学工程学院和工业工程学院、国家科学基金会、橡树岭联合大学、空军科研办公室、陆军研究办公室和半导体研究公司的支持。合作论文作者获得奖学金和助学金的各种资助。

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