Альтернативные кремнию полупроводниковые материалы. Молибденит и интегральная схема из него.
Из лекций:
Молибденит – соединение молибдена и серы. Минеральный кристалл.
Молибденит – дисульфид молибдена MoS2, английское название: Molybdenite. Минерал, кристалл. В ранней радиотехнике использовался как кристаллический детектор в системе «кошачий ус», наряду с углем(коксом), галенитом PbS и другими.
От древних греков до 1778 г. Не различали галенит и молибденит. «Молибдена» - греч. cлово, так греки называли то, что нам известно как PbS и как галенит.
В 1778 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле обнаружил в таком на вид минерале новый на то время элемент и назвал его молибдос (Мо) – по шведски –свинец. Но это был не свинец, Шееле ошибся.
Впоследствии минерал, называемый греками «молибдена», стали называть по латыни «галена» и далее галенит. А за минералом состава MoS закрепилось название молибденит. А тот элемент, что обнаружил Шееле стал молибденом Мо
Но взаимосвязи между галенитом PbS и молибденитом MoS существуют.
Использование как кристаллические детекторы в раннем радио.
Слой кремния невозможно сделать тоньше двух нанометров – иначе он начинает окисляться, что резко снижает его электронные качества. Интегральная схема из молибденита стабильно работает даже при толщине в три атома, что позволяет делать гораздо более миниатюрные чипы.
По механическим качествам молибденит привлекателен для использования в гибкой электронике, из него можно создавать целые «простыни» из микрочипов, которые впоследствии будут использовать для производства компьютеров, сгибаемых в трубку, или для приборов, наносимых непосредственно на человеческую кожу.
2011 год. Швейцария, г. Лозанна. ВУЗ Федеральная политехническая школа.
Лаборатория наноэлектроники и наноструктур.
Создана интегральная электронная схема, в которой, вместо обычного для современной электроники кремния, применен искусственный дисульфид молибдена MoS2
Ширина запрещенной зоны Eg=1.8 эВ. Это полупроводник, идеально подходящий для изготовления транзисторов: по некоторым своим характеристикам он потенциально превосходит кремний, а по нескольким параметрам – даже такую «экзотику», как графен.
Директор лаборатории наноэлектроники и наноструктур Андрас Кис рассказал о новой разработке: «Мы сделали первый прототип, он состоит всего из нескольких типовых транзисторов, но при этом способен производить бинарные логические операции, а это значит, что мы сможем сделать большие, намного более сложные, чипы»
Кремний образует объемные кристаллы, а у дисульфида молибдена - двумерная структура-это его важное преимущество перед кремнием.
Двумерная структура позволяет легко формировать тонкие пленки толщиной 6,5 Å (0,65 нм), в которых подвижность электронов при комнатной температуре 200 см2 В−1 с−1 соответствует подвижности электронов в слое кремния толщиной 2 нм.
Из других источников.
Учёные швейцарского университета Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL) сообщили об успешном опыте создания интегральной схемы, в которой вместо традиционного кремния использован молибденит (MoS2). По словам исследователей, этот минерал может преодолеть физические пределы кремния в том, что касается миниатюризации, потребления электроэнергии и механической гибкости.(В 2011г.)
«Основное преимущество MoS2 в том, что он позволяет нам снизить размер транзисторов, и, таким образом, ещё больше уменьшить их, - сказал Андрас Кис (Andras Kis), директор Лаборатории Наноэлектроники и Структур (LANES) в EPFL. - В случае с силиконом невозможно создать слои толщиной менее, чем два нанометра, из-за риска начала химической реации, которая окислит поверхность и нарушит её электронные свойства. С другой стороны, с молибденитом можно создавать слои, толщиной всего в три атома, открывая возможность строить микросхемы, которые в три раза тоньше. Даже в таких размерах материал всё ещё очень стабилен и его ёмкость можно легко контролировать».
Что ещё делает привлекательным молибденит - это его лёгкая доступность, так как он довольно широко распространён в виде минерала. По словам исследователей, минерал может напрямую конкурировать с кремнием, так как его структура и полупроводниковые свойства делают его «идеальным материалом для транзисторов». Также, по словам Андраса Киса, транзисторы из молибденита более эффективны, так как могут переключаться гораздо быстрее, а также могут быть переключены в более стабильный режим ожидания. С точки зрения усиления сигнала, молибденит также хорош, как кремний.
