Компьютерра - Компьютерра PDA N101 (05.03.2011-11.03.2011)

- Если сравнивать его с кремнием, какие у него есть преимущества?

Пластинчатые кристаллы α-MoO (ИФП СО РАН, Новосибирск)

- Так ставить вопрос вообще неправомерно. Сначала нужно определить преимущества для чего? В качестве иллюстрации можно привести следующий пример. Сейчас в любом домашнем компьютере вы найдете кучу микросхем на основе кремния. Молибденита там нет и в помине, тут он кремнию очевидно не конкурент. Любой микроэлектронный материал описывается целой совокупностью физико-химических параметров и сравнивать различные полупроводниковые кристаллы между собой можно лишь при точной привязке к конкретному электронному прибору. Далее, при переходе к практическому применению, решающую роль играют такие факторы, как совокупность известных для избранного материала технологий и стыкуемость с другими материалами в составе микроэлектронных схем. Экономические ограничения также весьма немаловажны. Приведу общеизвестный пример. Быстродействие электронной схемы во многом определяется скоростью движения носителей заряда по кристаллической решетке. Физики называют это подвижностью носителей (электронов или дырок). Так вот в германии она значительно выше, чем в кремнии, соответственно, при прочих равных условиях компьютер на германиевых микросхемах будет работать в разы быстрее. Однако этого не будет никогда по очень простой причине - германия на Земле очень мало и экономически невыгодно создавать германиевую микроэлектронику. А кремния много - наша планета просто из него сделана. Во многом именно этот фактор в свое время определил выбор в пользу кремния.

Вернемся к молибдениту. Определенный ответ на ваш вопрос дать невозможно, так как свойства кремния и молибденита слишком различны. Кристаллическая решетка кремния относится к каркасному типу, и он принципиально не может обладать рядом свойств, которые типичны для слоистых материалов. С другой стороны, кремний механически жесткий, и из него делается (и будет делаться в обозримом будущем) основа современных микросхем - подложки. Молибденит с точки зрения механических свойств больше похож на плотную пачку бумажных листов и совершенно непригоден для использования в качестве несущих конструкций. Про более тонкое сравнение электронных и оптических свойств кремния и молибденита можно говорить бесконечно. Вывод: наноэлектроника молибденита или графена будет очень отличаться от микроэлектроники кремния, а принципиальная разница в материалах всегда порождает принципиально разные приборные решения.

- Изменилось ли что-то в технологии получения графена с тех пор, как А. Гейму и К. Новоселову дали Нобелевскую премию за исследование его свойств?

- Конечно изменилось - ответ очевиден. Известные свойства графена весьма экзотичны и во многом крайне привлекательны по сравнению с типичными полупроводниковыми кристаллами. Двумерность графена заведомо приведет к новым техническим решениям в наноэлектронике. Данная область физики конденсированного состояния развивается очень активно силами сотен исследовательских групп. На мой взгляд, ключевой проблемой сейчас является технология получения листиков структурно-совершенного графена значительной площади. Кроме того, необходимо научиться управлять шириной запрещенной зоны графенных материалов (у самого графена она нулевая). Что касается синтеза графенов, с одной стороны, получены площади графеноподобных пленок на площадях, вполне сравнимых с листом бумаги формата А4. С другой стороны, площади структурно-совершенного графена ограничены единицами и десятками квадратных микрометров. Такие объекты даже исследовать сложно. Ждем дальнейших успехов в этой области.

- Начать производство электронных устройств на основе нового материала - это очень дорого. Как вы думаете, при каких условиях это будет оправдано?

- Конечно, при наличии существенного экономического выигрыша. В современной конфигурации экономики это называется "ожидаемый процент прибыли". В электронике таким спусковым крючком обычно служит создание принципиально нового типа электронного прибора. Если такого прорыва не получается, то внедрение нового материала сильно растягивается во времени или вообще не происходит ввиду экономической нецелесообразности. Примеров тому масса и не только в микроэлектронике. Возьмем автомобильную промышленность. Все знают, что двигатель внутреннего сгорания, установленный во многих сотнях миллионов автомобилей является главным фактором загрязнения атмосферы Земли. Однако солнце сквозь автомобильную копоть еще видно, и, соответственно, автомобили продолжают выпускать в огромном количестве, поскольку с их производством и эксплуатацией связаны гигантские финансовые ресурсы. Тут уже вся экономика и политика вынуждена подстраиваться под нужды автомобильной индустрии. А финансовый сектор микроэлектроники в современном мире также не мал.

- Насколько сложна технология получения молибденита?

Кристалл GaSe, легированный серой (СФТИ, Томск)

- Смотря какого. Природный минерал получить просто - приезжаете на его месторождение и выкалываете пласт молибденита из лежащей под ногами породы. Для микро- и наноэлектроники необходимо несколько иное. Принципиально важны высочайшая химическая чистота и структурное совершенство кристалла на атомарном уровне. Только тогда становится возможным проявление тех специфических электронных свойств, которые ожидаются для двумерной кристаллической решетки молибденита. Такой молибденит полупроводникового качества может быть получен либо при выращивании искусственных объемных кристаллов, либо методами эпитаксиальных технологий. Насколько мне известно, оба указанных подхода сейчас активно разрабатываются, и результаты исследований следует ожидать в ближайшие годы. Методы выращивания монокристаллов слоистых сульфидов давно известны, однако их надо адаптировать применительно к молибдениту. В частности, необходимы сверхчистые реактивы молибдена и серы, требуется точное поддержание заданного соотношения молибдена и серы в выращиваемом кристалле, нужно изолировать растущий кристалл от воздушной атмосферы, необходимо разобраться с возникающими при росте дефектами. На все это требуется время. Те же проблемы и с эпитаксиальными высоковакуумными технологиями.

- Если говорить об электронике на молибдените - чем она будет отличаться от электроники на кремнии?

- Если такая электроника будет, то она будет не "лучше" или "хуже", она будет просто "иная". Первопричина состоит в главной особенности слоистых материалов. Пусть вы знаете электронные свойства объемного графита или молибденита. Допустим, что после этого вы справились с задачей аккуратного отделения индивидуального атомного слоя и получили графен или слой молибденита. Так вот электронные свойства такого слоя могут быть принципиально другими по сравнению с характеристиками объемного материала! В частности, вместо полупроводника можно увидеть свойства металла или полуметалла. Резко меняются свойства носителей заряда. Многие привычные параметры объемного кристалла вообще теряют физический смысл. В качестве упражнения попробуйте определить цвет или плотность графена. Графит черный, а графен прозрачный!