Материал с увеличенной запрещенной зоной может сделать электронику быстрее и эффективнее

Исследователи из Университета Миннесоты разработали новый материал, который будет иметь решающее значение для создания нового поколения мощной электроники более быстрой, прозрачной и эффективной. Этот искусственно созданный материал позволяет электронам двигаться быстрее, оставаясь при этом прозрачным как для видимого, так и для ультрафиолетового света, побив предыдущий рекорд.

Исследование, опубликовано в Достижения наукизнаменует собой значительный скачок вперед в разработке полупроводников, что имеет решающее значение для мировой промышленности с оборотом в триллион долларов, которая, как ожидается, будет продолжать расти по мере распространения цифровых технологий.

Полупроводники используются практически во всей электронике, от смартфонов до медицинских устройств. Ключом к развитию этих технологий является улучшение материалов, которые ученые называют «сверхширокозонными» материалами. Эти материалы могут эффективно проводить электричество даже в экстремальных условиях. Полупроводники со сверхширокой запрещенной зоной обеспечивают высокую производительность при повышенных температурах, что делает их необходимыми для создания более долговечной и надежной электроники.

В этой статье исследователи рассмотрели возможность создания нового класса материалов с увеличенной «зоной запрещенной зоны», улучшающей как прозрачность, так и проводимость. Это уникальное достижение способствует разработке более быстрых и эффективных устройств, открывая путь к прорывам в компьютерах, смартфонах и, возможно, даже в квантовых вычислениях.

Новый материал представляет собой прозрачный проводящий оксид со специальной тонкослойной структурой, которая повышает прозрачность без ущерба для проводимости. Поскольку технологии и приложения искусственного интеллекта требуют все более эффективных материалов, эта революционная разработка предлагает многообещающее решение.

«Этот прорыв меняет правила игры в области прозрачных проводящих материалов, позволяя нам преодолеть ограничения, которые в течение многих лет сдерживали производительность устройств глубокого ультрафиолета», — сказал Бхарат Джалан, председатель Shell и профессор факультета химической инженерии и инженерии Университета Миннесоты. Материаловедение.

По словам Джалана, эта работа не только демонстрирует беспрецедентное сочетание прозрачности и проводимости в глубоком ультрафиолетовом спектре, но и открывает путь к инновациям в мощных и оптоэлектронных устройствах, которые могут работать в самых сложных условиях.

Первые соавторы исследования Фэндэн Лю и Чжифэй Ян, кандидаты химических наук и материаловедения. Студенты, работающие в лаборатории Джалана, заявили, что они доказали, что свойства материала слишком идеальны, чтобы можно было поверить в эти электронные приложения. Они провели множество экспериментов и устранили дефекты материала, чтобы повысить его характеристики.

«Благодаря детальной электронной микроскопии мы увидели, что этот материал чистый, без явных дефектов, показывая, насколько мощными могут быть перовскиты на основе оксидов в качестве полупроводников, если дефекты контролировать», — сказали Андре Мхоян, старший автор статьи, и Рэй Д. и Председатель Мэри Т. Джонсон и профессор факультета химической инженерии и материаловедения Университета Миннесоты.

Помимо Джалана, Лю, Янга и Мхояна, в команду входили Сило Го с факультета химической инженерии и материаловедения Университета Миннесоты, а также Дэвид Абрамович и Марко Бернарди с факультета прикладной физики и материаловедения Калифорнийского технологического института.