Материал с увеличенной запрещенной зоной может сделать электронику быстрее и эффективнее

Исследователи из Университета Миннесоты разработали новый материал, который сыграет решающую роль в создании более быстрой, прозрачной и эффективной электроники следующего поколения. Этот искусственно созданный материал позволяет электронам двигаться быстрее, оставаясь при этом прозрачным для видимого и ультрафиолетового света, побив предыдущий рекорд.

Исследование, опубликовано В Научные достиженияЭто значительный шаг вперед в разработке полупроводников, что имеет решающее значение для многомиллиардной мировой индустрии, которая, как ожидается, будет продолжать расти по мере развития цифровых технологий.

Полупроводники используются практически во всех электронных устройствах, от смартфонов до медицинских приборов. Ключом к развитию этих технологий является улучшение того, что ученые называют «сверхширокозонными» материалами. Эти материалы способны эффективно проводить электричество даже в экстремальных условиях. Полупроводники со сверхширокой запрещенной зоной обеспечивают высокую производительность при высоких температурах, что делает их необходимыми для создания более долговечной и надежной электроники.

В этой статье исследователи стремились создать новый класс материалов с увеличенной «зонной зоной», 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 тонкопленочной структурой, которая улучшает прозрачность без ущерба для проводимости. Поскольку технологические приложения 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 годами сдерживали производительность устройств глубокого ультрафиолета», — сказал Бхарат Джалан, президент Shell и профессор кафедры химической инженерии и химической технологии. инженерное дело из 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 оптоэлектронных устройствах, которые могут работать в самых сложных условиях.

Первые соавторы исследования, Фэндэн Лю и Чжифей Ян, имеют докторские степени в области химического машиностроения и материаловедения. Студенты, работающие в лаборатории Джалана, заявили, что доказали, что свойства материала слишком идеальны, чтобы в них можно было поверить для электронных приложений. Они провели несколько экспериментов и устранили дефекты материала, чтобы повысить его характеристики.

«С помощью детальной электронной микроскопии мы обнаружили, что этот материал был чистым, без явных дефектов, что показывает, насколько мощными могут быть перовскиты на основе оксидов в качестве полупроводников, если дефекты контролировать», — сказали они Андре Мхоян, ведущий автор статьи, и Рэй Д. и Мэри Т. Джонсон, председатель и профессор кафедры 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 Университета Миннесоты. Калифорнийский технологический институт.