Нов свръхтънък проводников материал обещава да повиши енергийната ефективност на наноелектрониката

04.02.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Учени от Станфордския университет разработиха свръхтънък материал, който провежда електричество по-добре от медта и може да повиши енергийната ефективност в областта на наноелектрониката.

С развитието на компютърните чипове, които стават все по-малки и по-сложни, свръхтънките метални проводници, пренасящи електрическите сигнали в тях, се превръщат в слабо звено. Стандартните метални проводими слоеве губят ефективността си при провеждане на електричество, когато са по-тънки, което в крайна сметка ограничава размера, ефективността и производителността на наноелектронните изделия.

В статия, публикувана на 3 януари в сп. Science, учени от Станфорд показват как ниобиевият фосфид може да провежда електричество по-добре от мед при покрития с дебелина само няколко атома. Освен това тези покрития могат да бъдат създавани и нанасяни при достатъчно ниски температури, за да са съвместими със съвременните технологии за производство на интегрални схеми.

"Преодоляваме основно ограничение на традиционните материали като медта", казва инж. д-р Асир Интисар Хан, водещ автор на статията. "Проводниците от ниобиев фосфид показват, че е възможно да се изпращат по-бързо и по-ефективно сигнали през свръхтънки проводници. Това би могло да подобри енергийната ефективност на бъдещите чипове, а дори и малки подобрения са от значение, когато се използват много интегрални схеми, например в съвременните огромни центрове за данни, които съхраняват и обработват информация."

Нов клас проводници

Учените определят ниобиевия фосфид като "топологичен полуметал", което означава, че целият материал е способен да провежда електричество, но неговите повърхности са значително по-проводими от вътрешността. Когато слой от ниобиев фосфид става по-тънък, вътрешността се свива, но повърхностите му остават същите, което им позволява да допринасят в по-голяма степен за провеждането на електричество и материалът като цяло да се превърне в по-добър проводник. Това представлява различие спрямо традиционните метали като медта, които губят способността си да провеждат ефективно електричество, когато дебелината им падне под 50 нанометра.

Изследването показва, че ниобиевият фосфид става по-добър проводник от медта при покрития с дебелина под 5 нанометра, дори в условия на стайна температура. При такава дебелина медните проводници не могат да се справят с бързите електрически сигнали и губят значително повече енергия под формата на топлина.

Много учени работят върху търсенето на по-добри проводници в областта на наноелектрониката, но най-добрите кандидати досега изискват изключително прецизни кристални структури, които трябва да бъдат формирани при много високи температури. Покритията от ниобиев фосфид са първите примери за некристални материали, които стават по-добри проводници, когато се изтъняват.

Тъй като покритията от ниобиев фосфид не трябва да бъдат кристални, те могат да се създават при по-ниски температури. Учените са извършили нанасяне на покрития при температура от 400°C – достатъчно ниска, за да се избегне повреждането или унищожаването на силициевите чипове.

"Ако е необходимо да се създават перфектни кристални проводници, това няма да проработи за наноелектрониката", отбелязва Юрий Сузуки, професор по приложна физика и съавтор на статията. "Но ако можем да ги направим аморфни или леко безредни, докато те все пак предоставят необходимите свойства, това отваря врати за потенциални приложения в реалния свят."

Бъдещето на наноелектрониката

Въпреки че покритията от ниобиев фосфид са обещаващо начало, учените не очакват те внезапно да заменят медта във всички компютърни чипове – медта все още е по-добър проводник при по-дебели покрития и проводници. Ниобиевият фосфид обаче може да бъде използван при най-тънките връзки, като същевременно прокарва пътя за изследване на проводници, направени от други топологични полуметали.

Ключови думи: наноелектроника  

Област: Електроника