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近期石墨烯行业要闻盘点:半导体材料让电子设备运行加速

2016-02-23 09:46
月城清浅
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  新型二维半导体材料 可让电子设备运行速度加快百倍!

  Utah大学材料科研人员研发出一种新型二维半导体材料,为运行速度更快、耗能还少的电子设备打开了一扇大门。这种仅一个原子层厚的二维半导体材料由SnO制成,其电荷迁移速度远比诸如硅之类的块体材料快,可用以电子设备生命线的晶体管上。该材料由Utah大学材料科学与工程学院副教授Ashutosh Tiwari带领的团队研发。

  目前电子设备中使用的晶体管和其他组件都是由硅这样的三维材料制造。不过对于三维材料来说一个不利因素是电荷在各个方向四处乱窜。二维材料,仅仅从五年前开辟的新领域,它由一两层原子构成。由于电子只能在一层之间移动,所以移动速度快。Tiwari介绍。不过,目前在这个领域中所发现的新型二维材料都是N型,例如石墨烯、二硫化钼,只能允许电子移动。为了制造电子设备,半导体材料需要电子和空穴均可移动。而现在他们发现的是现存第一种P型二维半导体材料。据Tiwari介绍,使用这种材料做晶体管,可以让它做得更小、速度更快。而电脑处理器是有数以十亿计的晶体管封装在芯片中。因此,更强大的处理器是可以实现的。因此,Tiwari估计新型半导体材料制造晶体管可以让计算机和智能手机运行速度比目前常规产品快过100倍。此外,由于电子是穿过一层而不是像在三维材料一样四处乱撞,所以摩擦很少,因此不像传统的芯片那样发热。它们也不需要那么多能量来维持运转。Tiwari认为这个领域已经变得炙手可热,或许2-3年内就可以看到一些原型设备了。该研究成果已发表在Advanced Electronic Materials,并在封面报道。

  科技部“纳米科技重点专项申报指南”发布,石墨烯及先进碳在列

  “十三五”开年之际,科技部的国家重点研发计划的多个重点专项如期而至。在纳米专项当中,石墨烯等纳米碳材料,碳基纳米电子器件,纳米能量存储材料,新型二维原子晶体材料等成为2016年优先支持方向。2月初,科技部官网发布《科技部关于发布国家重点研发计划纳米科技等重点专项2016年度项目申报指南的通知》。根据“自上而下”和“自下而上”相结合的原则,科技部会同相关部门,遵循国家重点研发计划新的项目形成机制,面向2016年凝练形成了若干重点专项并研究编制了各重点专项实施方案,已经国家科技计划(专项、基金等)管理战略咨询与综合评审特邀委员会(以下简称“特邀咨评委”)和部际联席会议审议通过,并按程序报国务院批复同意。

  1. 新型纳米制备与加工技术

  1.1新型碳纳米材料的制备与光电功能研究

  研究内容:手性碳纳米管、石墨烯纳米带、高质量石墨烯(碳单层或少层)和石墨炔等纳米碳材料的宏量可控制备与可控掺杂,碳基纳米结构中的物理新效应与光电功能的高效调控。

  考核指标:实现面积大于2平方厘米和密度大于100根/微米的单壁碳纳米管平行阵列的可控制备方法;实现高品质单层石墨烯的连续可控制备方法;建立面积大于平方分米高取向石墨炔薄膜(厚度小于10纳米)的制备技术;建立碳纳米材料在光电子和光电转换器件中的应用关键技术,实现在显示驱动和柔性电子器件中的应用示范。

  2. 纳米表征与标准

  2.3纳米技术标准与标准样品

  研究内容:面向重要纳米产业应用,开展纳米性能检测标准研究,纳米标准物质与标准样品研制,包括纳米技术术语和定义、测量和表征、健康安全和环境、材料规格等。

  考核指标:制定纳米结构基本性质的系列纳米技术标准,建立纳米制造技术和重大应用中纳米性能检测的系列标准化方法及评价规范,完成系列国家一级、二级纳米标准物质/标准样品,主持制定纳米技术国家标准20—40项,主导制定国际纳米技术标准(ISO,IEC)10—20项。

  4.纳米信息材料与器件

  4.2 碳基纳米电子器件与集成

  研究内容:高性能碳基纳米晶体管的制备及大规模集成,碳基和半导体集成电路的混合集成。亚10纳米碳基CMOS器件制备技术;芯片用碳管材料的可控和批量制备;新型器件在柔性衬底上的基本科学与技术问题。

  考核指标:实现集成电路用高纯半导体碳纳米管材料的批量制备,建立碳基纳米电路与硅基CMOS集成电路的混合集成工艺;碳纳米管平行阵列中半导体纯度大于99%,碳基纳米CMOS场效应晶体管栅长小于10纳米,本征门延时小于0.1 ps,碳基纳米集成电路规模大于1000门级,实现4位碳基CPU的功能演示;实现柔性碳纳米器件在可穿戴装备上的应用。

  4.6 新型二维原子晶体材料和器件原理

  研究内容:超薄沟道、高载流子迁移率、带隙可调控的高性能二维原子晶体材料的精准构筑和制备,研究带隙、掺杂等关键物性调控以及自旋、能谷等信息单元操控中的科学问题,构建新颖器件原型。

  考核指标:发现和合成新的高性能二维原子晶体材料并完成结构和性能表征;制备出宏观尺度、结构完整和性能优异的二维原子晶体薄膜;演示针对下一代高速、低功耗信息处理和高灵敏探测要求的二维原子晶体逻辑器件、高频射频器件、光电子发射和探测器件等,建立相关器件原理和物理模型,发展功能协同与集成技术,占领二维原子晶体材料和器件研究的国际制高点。

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