Профессор Стив Гудник из университета штата Аризона уже более 10 лет является сопредседателем программных комитетов конференций из серии «Нано и Гига Форум» и не раз бывал в России в том числе и Томске. Его участие в следующей, седьмой конференции «Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy» может заинтересовать многих известных ученых со всего мира, включая США, откуда на конференцию ожидается самая большая часть иностранных делегатов. В своем университете Гудник возглавляет инициативу по наноэлектронике, а также центр по исследованию и дизайну материалов для солнечной энергетике. Для STRF.ru Гудник рассказал о тенденциях в области дизайна новых полупроводниковых материалов (версию на английском можно прочесть на сайте конференции)
Наноэлектроника и материалы: Мы достигаем пределов закона Мура, где уже невозможно создать снизить масштаб элементов электронного устройства. Транзисторы стали неплоскими и скорее похожи на нанопроволоки, чем на устройства (например, FINFET все чаще используются такими компаниями, как Intel). Существует тенденция ухода от использования кремния в качестве активного слоя (однако субстрат по-прежнему кремний) при все более частом использовании кремний-германиевых материалов и материалов соединения А III B V. Графен когда-то рассматривался как перспективный материал, однако для транзисторов, которые используются в цифровой логике, отсутствие запрещённой зоны превратило его в неподходящего для этих целей кандидата. Однако, в последние несколько лет, большой интерес вызывают другие 2D материалы, такие как дихалькогениды переходных металлов (например, MoS2), черный фосфор, в каком-то смысле схожий с графеном, и другие.
На сегодняшний день, транспортные свойства существующих материалов оставляют желать лучшего (гораздо более низкая подвижность, чем у кремния и материалов соединения А III B V). Актуальной темой являются топологические изоляторы: материалы, которые являются изоляторами в целом, но из-за свойств симметрии имеют графеноподобную структуру на поверхности, которая теоретически имеет низкое рассеяние и высокую подвижность носителей тока (это еще предстоит продемонстрировать). Другая проблема, это рассеивание мощности и масштабирование. В то время как пороговое напряжение уменьшается для снижения мощности, ток в закрытом состоянии становится слишком большим, а статическая рассеиваемая мощность начинает преобладать над потреблением энергии.
На устройствах с низким подпороговым наклоном тока по-прежнему должно быть проделано много работы (чем ниже эта метрика, тем круче отключение с напряжением). Туннельные полевые транзисторы также являются широко обсуждаемой темой.
В настоящее время разрабатываются два пути: первый — нейроморфные вычисления, то есть традиционные транзисторы, но параллельные аналоговые вычисления, такие как нейронные сети. Второй — спинтроника, управление электронным спином как логикой или информацией, содержащей состояние, как для хранения (MRAM, которую Motorola выделила много лет назад как Everspin), так, теперь, и для логики. Ведутся исследования осцилляторов и приборов с крутящим моментом.
Нанофотоника: Возрастает интерес к терагерцовому режиму, которого трудно достичь с помощью оптоэлектронных или электронных устройств. Такие технологии, как квантовый каскадный лазер, представляют собой наноструктурированные устройства, которые продемонстрировали работу в режиме приближенном к терагерцовому. Наноплазмоника и метаматериалы также продолжают играть важную роль для многих оптических и ЭМ-приложений.
Наноэнергия: Будут продолжены инновации в фотоэлектрических устройствах с использованием наноструктурированных систем для улучшения сбора света. Технологии хранения, такие как батареи и топливные элементы, используют наноинженерные материалы для анодов и катодов для увеличения эффективной площади поверхности и ее каталитических свойств.
Наномедицина: Современные достижения закладывают основу для разработки будущих инновационных диагностических приложений и новых терапевтических возможностей, а также наноматериалов для развития клеточной/молекулярной биологии и тканевой инженерии.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение