npokrit@yandex.ru

Мы уже отмечали в нашем блоге, что кремний — второй после кислорода по распространенности химический элемент в земной коре. Десятилетия развития микроэлектроники связаны с беспрепятственным доступом к сравнительно дешевому кремнию. Сегодня на базе кремния производят интегральные микросхемы для большинства современных электронных приборов. Как мы подробно писали ранее, востребованность кремния в электронике связана с тремя основными причинами. Во-первых, это его стоимость. Другие полупроводники гораздо дороже добывать и очищать. По удобству применения в производстве микроэлектроники кремний тоже может дать фору многим. Так, из кремния и металлических контактов можно собирать МОП-структуры (металл — оксид (SiO₂) — полупроводник (Si)) непосредственно на одном кристалле, например, для полупроводниковых транзисторов. Ну и, наконец, третий немаловажный фактор — температура. Кремний работает в диапазоне от комнатной температуры до 150 °C.

Однако, применение современной многоядерной архитектуры приводит к росту производительности, но накладывает ограничение на разработчиков, которым приходится оптимизировать программы для параллельных вычислений. По мере того, как электроника становится все более сложной, миниатюрной и требует все более производительных элементов, инженеры изучают - как долго «уплотняться» кремниевым транзисторам?

Многие специалисты по вычислительной технике и полупроводниковым материалам предполагают, что продлить жизнь закону Мура можно, используя обычные полупроводниковые схемы, но заменив кремний — на что-то другое. Замена (хотя бы при изготовлении некоторых деталей) кристаллического кремния на материал, толщина которого составляет максимум несколько десятков атомов, позволила бы уменьшить размеры схем в десятки раз. В связи с этим возникла потребность найти замену кремнию. Одними из кандидатов являются графен, способный работать более производительно и при более экстремальных условиях. Эксперты говорят о переходе индустрии на альтернативные материалы. Возможно ли это в ближайшей перспективе, в чем преимущества новых подложек и какие потребности сегодня?

Еще в 1965 году судьбу компьютеров предсказал человек с химическим образованием. Гордон Мур известен как разработчик транзистора, основатель компании Intel, одной из первых начавшей производство интегральных схем, — и автор «закона Мура». Начинал он как химик: в 1950 году получил степень бакалавра, а в 1954-м защитил диссертацию в области физической химии. Сначала Мур заметил, что число транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждый год. В 1975 году он пришел к современной формулировке: удвоение количества транзисторов на схеме происходит каждые 24 месяца. Пока еще закон выполняется, хотя не все исследователи c этим согласны. Детище Мура, корпорация Intel (он ушел из жизни в 2023 году в 94 года как почетный председатель совета директоров), сейчас может разместить на каждом квадратном миллиметре своих схем до ста миллионов транзисторов. Но похоже, что вскоре технические возможности производителей компьютерной техники не смогут поддерживать скорость модернизации схем в соответствии с законом Мура.

Гордон Мур (Gordon Earle Moore)

Спойлер – пока нет. Проблема заключается в отсутствии интегрированной технологической системы, которая была бы масштабируемой, воспроизводимой и совместимой с сегодняшними промышленными процессами.

Для начала разберемся, что подразумевают под распространенными терминами «двумерные материалы» или «плоские материалы». Их не надо понимать буквально — это слой, состоящий из связанных друг с другом атомов, отделенный от трехмерного кристалла. «Двумерный» или «плоский» означает, что толщина двумерных материалов много меньше их размеров в плоскости, но при этом сам монослой вовсе необязательно «плоский»: например, двумерный фосфорен, получаемый из черного фосфора, имеет гофрированно-складчатую структуру, в которой одни атомы находятся выше условной плоскости, а другие — ниже. Преимущество двумерных материалов в том, что их малые размеры позволяют сделать микросхему тоньше, а также значительно снизить размеры транзистора по толщине и по длине.

На данный момент двумерный материал графен —тонкий лист углерода толщиной в один атом — является самым изученным двумерным материалом. Первые работы, показывающие уникальные свойства графена, были сделаны учеными русского происхождения Андреем Геймом и Константином Новосёловым (Рис.). В 2010 году их наградили за это Нобелевской премией.

Рис. Андрей Гейм и Константин Новосёлов

Рис. Так выглядит структура углерода. Если отделить один из слоев — получим графен

Он может быть получен из графита. Его основными преимуществами считаются такие характеристики, как прочность, теплопроводность и гибкость. Графен более прочный материал, нежели алмаз. К тому же он имеет лучшую теплопроводность, чем медь. Благодаря химической структуре графена, электроны «пробегают» по его атомной решетке быстро и почти без какого-либо сопротивления. Теоретически это обеспечит стабильную работу транзисторов на очень высоких частотах и быстрый обмен данными между чипами. Вдобавок ко всему, он более гибкий, нежели кремний, и даже более гибкий, чем резина. Благодаря своей однослойной структуре его можно легко растягивать и изгибать. К его преимуществам стоит отнести и то, что материал хорошо противостоит различного рода разрушениям под воздействием внешних процессов.

Такие выдающиеся характеристики и обусловили то, что графен имеет огромный потенциал в использовании в различных устройствах. Он электрически совместим со многими другими материалами, в том числе и с кремнием. Потенциальная область применения графена огромна. Материал можно применять в производстве аккумуляторов, дисплеев, батарей, наушников и других устройств. Сфера применения графена отнюдь не ограничивается электроникой. С его помощью можно будет получить новые, более прочные и легкие материалы для техники (например, автомобилей и самолетов).

Однако для нас самым важным является то, что графеновые транзисторы могут стать заменой кремниевым. Поскольку наша предприятие не понаслышке знает и графит, и кремний, мы c интересом следим за развитием событий в этой сфере.

Графен обладает уникальными физико-химическими характеристиками, которые делают его крайне перспективным материалом для многих отраслей. Вот основные из них:

Структура

Однослойное расположение атомов углерода

Прочность

Прочнее стали в 200 раз

Теплопроводность

Высокая

Электрическая проводимость

Выше, чем у алмаза

Толщина

0.345 нанометров

Плотность

Пропускает до 97.7% света

Прозрачность

Высокая

Гибкость

0.77 мг/м²

Любой полупроводник характеризуется своим ключевым свойством, которое называется шириной запрещенной зоны (bandgap). Ширина запрещенной зоны измеряется в электронвольтах и представляет собой количество энергии, при достижении которого материал начинает вести себя как проводник. До этой отметки материал выступает в роли изолятора.

Одна из проблем графена заключается в том, что в своем изначальном состоянии графен не приспособлен к использованию в транзисторах, где необходимы его полупроводниковые свойства. Есть способы сделать графен полупроводником, мы их рассмотрим ниже.

Еще в 2011 году компания IBM демонстрировала в работе опытный образец быстрого графенового транзистора, функционирующего на частоте 155 ГГц. (Рис.) Транзистор был разработан совместно с оборонным агентством DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Транзистор продемонстрировал стабильную работу при экстремально низкой температуре -268 градусов Цельсия. Т.е. при «температуре жидкого гелия». Примечательно и то, что размер транзистора составлял всего 40 нм. Компания заявила, что быстродействие можно поднять до 500 и даже до 1000 ГГц, но массовое производство тогда так и не началось. Главной причиной этого можно назвать дороговизну таких чипов.

Графен является также основой такой инновационной разработки, как туннельные транзисторы (TFETS). Принцип работы такого транзистора в корне отличается от традиционного полевого MOSFET (Рис.). Функционирование TFETS-транзисторов основано на эффекте туннелирования. Это возможность преодоления электроном потенциального барьера в случае, когда энергия электрона ниже «высоты» этого барьера. Так, при эффекте туннелирования для приведения электрона в движения требуется гораздо меньше энергии, чем в случае классических полевых транзисторов, то есть для переключения состояний транзистора необходимо меньшее напряжение. Это значит, что энергопотребление туннельных транзисторов значительно меньше энергопотребления MOSFET-решений.

Архитектурной особенностью TFETS является то, что для производства их пригоден только графен. Более того, этот материал для туннельных транзисторов специально выращивался послойно с применением других веществ, таких как дисульфид молибдена и нитрид бора. В целом о перспективах TFETS-транзисторов говорить пока что очень рано. Подавляющее их большинство работает исключительно при очень низких температурах. Поэтому исследователям предстоит проделать огромный объем работ для того, чтобы наладить массовое производство туннельных транзисторов.

Рис. Структура графенового транзистора

Рис. Схема TFETS-транзистора на графене

Производство графена

С 2004 года было освоено несколько методов производства графена, однако основными из них считаются следующие:

Механическая эксфолиация — это самый простой метод получения графенового слоя. Он предусматривает использование специального высокоориентированного пиролитического графита (HOPG, Highly Oriented Pyrolytic Graphite), который располагается на клейкой поверхности изоляционной ленты (Рис.). Затем ленту начинают сгибать и разгибать, как лист бумаги. Тем самым графен «отпечатывается» на противоположной стороне листа, то есть получается все больше и больше тонких слоев материала. Процесс продолжается до тех пор, пока не остается один или несколько слоев графена – так получили свои образцы первооткрыватели графена.

Интересно, что по своему качеству полученный графен является лучшим в сравнении с другими методами. Тем не менее, несмотря на свою простоту, в результате механической эксфолиации получается малое количество материала, что делает процесс непригодным для массового производства.

В методе эпитаксиального роста (CVD-процесс) используется тонкая кремниевая пластина, на которой размещается карбид кремния. С применением высоких температур вплоть до 1000 К атомы кремния и углерода отделяются друг от друга. Затем под воздействием тепла атомы кремния испаряются, и на подложке остаются лишь атомы углерода, которые образуют графен. Недостатком эпитаксиального роста является то, что во время процесса, как правило, из-за высокой температуры некоторое количество углерода просто сгорает. Из-за этого данный метод считается не очень воспроизводимым.

Металлы способствуют разрушению химических связей в углероде и упорядочивают его атомы в гексагональную решетку. Таким образом получается графен. Заметим, что чем больше по площади металлическое покрытие, тем больше будет получено графена. Интересно, что с этого покрытия легко переносить графен на другие подложки.

В том же 2011 году ученые из Колумбийского университета в Нью-Йорке также сумели наделить графен полупроводниковыми свойствами. В ходе получения графена посредством CVD-процесса в смесь метана и водорода был добавлен аммиак. Образованный графен имел в своей кристаллической решетке инородные атомы азота. Их электроны образовали три электронных облака с тремя соседними атомами углерода.

При наблюдении под туннельным микроскопом было обнаружено, что атомы азота действительно вытеснили из решетки некоторые атомы углерода и встали на их место. В сравнении с атомом углерода, атом азота имеет еще один валентный электрон, что позволило графену стать полупроводником.

В результате ученые получили гибридный материал с достаточной шириной запрещенной зоны для использования в транзисторах. Этого удалось достичь, совместив лучшие свойства обоих материалов: электропроводность графена и изоляционные качества нитрида бора. Для идеальной работы гибридного материала ученым пришлось выравнивать кристаллические решетки как графена, так и нитрида бора, которые представляют собой ряд связанных шестиугольников.

Различные методы дают на выходе разный материал: результаты могут отличаться поперечными размерами (от сотен нанометров до десятков микрометров), толщиной (от одного до нескольких графеновых слоев), степенью окисления, наличию дефектов, примесей и т. д.

Удивительнее всего то, что свойствами результирующего гибридного материала можно управлять, изменяя углы пересечения кристаллических решеток нитрида бора и графена. Это позволит создавать материалы с различными электрическими характеристиками.

Ученые из университета Калифорнии представили дизайн полностью графенового электронного чипа. Его отличительная особенность заключается в том, что все его составляющие, в том числе и транзисторы, «бесшовно» расположены на графене. Другими словами, чип был как будто «выточен» из графена. (Рис.)

2013 год оказался богат на успешные исследования в области полупроводниковых свойств графена. Физики из Массачусетского технологического университета провели эксперимент, в ходе которого расположили графен на нитриде бора (Рис.).

Исследователи заметили, что управлять шириной запрещенной зоны можно с помощью увеличения и уменьшения ширины графеновых полос: узкие полосы работают как полупроводники, а более широкие — как проводники.

Еще одним примером обретения графеном полупроводниковых свойств является так называемый «волнистый» графен. Идея такого решения принадлежит ученым из Корнеллского университета. В своих экспериментах они использовали не традиционный монослойный графен, а два слоя вещества (Рис.). Волнистый слой выступил в роли проводника, а плоский — в роли полупроводника.

Прежде всего, стоит отметить, что из всех вышеперечисленных методов CVD-процесс является наиболее приспособленным для массового производства благодаря своей простоте и невысокой стоимости. При этом он позволяет производить монослойный графен больших размеров. В CVD-процессе протекают химические реакции между углеводородными газами (например, H₂ и CH₄) и металлическим покрытием-катализатором под воздействием высоких температур.

Рис. Схема механической эксфолиации: слои графена (Graphene Flakes), сгибание (Folding Process) и разгибание (Unfolding Process) изоляционной ленты

Рис. Схема CVD-процесса

Рис. Структура графена на нитриде бора

Рис. Схема производства графенового чипа

Рис. Так выглядит волнистый графен

Рис. Области применения графена

Микросхемы памяти

В 2008 году был представлен экспериментальный образец запоминающего устройства, состоящий всего лишь из 10 атомов графена. Графеновая память чрезвычайно экономична: для кодирования 1 бита информации ей требуется примерно в миллион раз меньше энергии, чем современным кремниевым чипам. Ячейки памяти также имеют меньшие размеры. В теории это позволит создавать намного более емкие чипы памяти. Еще одной отличительной особенностью графеновой памяти является ее устойчивость к радиационному излучению и ее работа в диапазоне температур от -75 до 200 градусов Цельсия. Благодаря использованию графена также были созданы гибкие прозрачные модули памяти. В основе архитектуры прозрачной памяти лежит использование графена и оксида кремния. Сам модуль памяти представляет собой лист пластика, на который нанесены полоски диоксида кремния. На них сверху и снизу наносятся слои графена, которые считывают и записывают информацию. При подаче напряжения на один из электродов на место диэлектрика (диоксида кремния) становится проводник в виде кремния. А при подаче напряжения на другой электрод проходит обратная операция. При этом коэффициент прозрачности памяти составляет около 90%. Интересно, что ранее прозрачная память не хранила информацию при отключении от источника питания: в данном случае ячейки теряли электрический заряд при взаимодействии с фотонами видимого света, однако проблема была решена путем адаптации к устройству технологии резистивной оперативной памяти.

Необходимость в более емких, быстрозаряжающихся и при этом сохраняющих малые размеры аккумуляторов велика как никогда ранее. Компания Vorbeck Materials недавно заявила о производстве литиевых батарей с применением графеновой технологии Vor-X. Ее применение позволит сократить время зарядки телефонных батарей до нескольких минут. Графеновые батареи смогут быть гибкими. Все та же компания Vorbeck планирует вшивать гибкие батареи в лямки рюкзака, чтобы подключать к ним мобильные устройства прямо в пути. Не стоит забывать, что емкие аккумуляторы будут крайне полезны и в других сферах — например, в автомобилестроении, где в последние годы активно развивается рынок гибридных машин.

Аккумуляторы

Тачскрины и дисплеи

В скором времени графен может сменить оксид индия-олова — прозрачный проводник, который используется в производстве тачскринов и дисплеев (рис.). В сравнении с оксидом индия-олова графен обладает намного меньшим сопротивлением, а также большей прозрачностью. Так, степень его прозрачности достигает 98%, тогда как оксид индия-олова пропускает до 85% света. Стоимость графенового дисплея также будет ниже, чем решения с использованием стандартных материалов.

PoX значительно превосходит по скорости существующие типы памяти, включая DRAM и SRAM, которые записывают данные за 1-10 наносекунд (наносекунда в тысячу раз больше пикосекунды). Кроме того, PoX, подобно флеш-памяти, сохраняет информацию даже при отключении питания, что делает ее энергоэффективной.

Технология поможет создавать высокоскоростные системы хранения данных, особенно для устройств с искусственным интеллектом, которые требуют быстрой и энергонезависимой памяти. PoX может стать основой для следующего поколения устройств хранения информации.

Исследователи из Фуданьского университета в 2025 году в Китае создали прототип сверхбыстрой флеш-памяти PoX, которая способна записывать данные со скоростью один бит за 400 пикосекунд. Они использовали графеновый канал с двухмерной структурой Дирака, а для оптимизации процесса записи ученые применили алгоритмы искусственного интеллекта. (Рис.) PoX записывает данные со скоростью один бит за 400 пикосекунд — это примерно 100 МБ за треть секунды.

Рис. Прототип сверхбыстрой флеш-памяти на графене

Рис. Рынок графена по областям применения – электроника занимает 35%

Рис. Сенсорный экран на основе графена

Пока что одним из недостатков графена является его стоимость. Некоторые американские компании продают его по цене 60 долларов за квадратный дюйм. По мнению разработчиков, для налаживания массового производства стоимость графена для транзисторов не должна превышать отметки 1 доллар за квадратный дюйм, а для тачскрин-дисплеев — и вовсе 10 центов.

Поэтому сегодня в мире идет настоящая конкуренция в сфере исследования этого материала. Несмотря на то, что британские ученые российского происхождения стоят за открытием методов производства этого материала, сама Великобритания, как и Евросоюз, находится отнюдь не на первых позициях в сфере развития графена. Например, у одной компании Samsung «графеновых» патентов больше, чем у всех британских ученых вместе взятых. При этом больше всего таких патентов зарегистрировано в Китае. (Рис.)

Рынок графена. Тренды 2024-2031

Рис. Региональное распределение рынка графена

Инновационный альянс графеновой промышленности Китая (China Innovation Alliance of the Graphene Industry). Сегодня это разветвленная сеть индустриальных парков, крупнейший из которых — Changzhou Graphene Science and Technology Industrial Park — расположен в провинции Цзянсу на базе Jiangnan Graphene Research Institute (JGRI). На площади шесть квадратных километров в парке работают 70 компаний производственной и прикладной направленности. Например, Sixth Element синтезирует 100 тонн графеновых материалов в год для создания композитов, коррозионностойких покрытий и сенсорных панелей. Huawei, Xiaomi и другие корпорации активно внедряют графен в свои продукты.

По разным прогнозам, объем мирового рынка графеновых микросхем достигнет $191 млн к 2030 году и будет расти с темпом CAGR 30,5% в течение прогнозируемого периода 2024-2030 годов (Рис.). Глобальный рынок графена в последние годы фактически достиг оценки в 2022 году 380 миллионов долларов США (прогнозируемый диапазон от 50 миллионов до 1,1 миллиарда долларов США). Это все еще значительно меньше, например, рынка графита (22,5 миллиарда долларов США в 2022 году) или рынка черного углерода (17 миллиардов долларов США в 2021 году), но здесь следует учесть короткий период с момента его открытия для практического использования. По другим оценкам, значительный рост рынка в следующие годы приведет к прогнозируемому размеру рынка в 1,5 миллиарда долларов США к 2027 году (прогнозируемый диапазон от 0,34 до 5,5 миллиарда долларов США).

Достижения в области масштабируемых методов производства высококачественного графена, которые, как ожидается, будут стимулировать рост рынка графеновых чипов в течение прогнозируемого периода, сообщает IndustryARC в своем отчете, озаглавленном "Graphene Chips Market Size, Share & Trends Analysis Report - By Application, (Chemical Sensor, Magnetic Sensor, Biological Sensor, Photodetectors, Others), By End User, (Consumer Electronics, Automotive, Healthcare, Industrial Robotics, Aerospace & Defense, Others), By Geography - Global Opportunity Analysis & Industry Forecast, 2024-2030."

В географическом отношении на мировом рынке графеновых чипов Азиатско-Тихоокеанский регион (АТР), как ожидается, будет расти с наибольшим CAGR (32,6%) в течение прогнозного периода 2024-2030 гг. АТР будет лидировать в росте рынка графеновых чипов. Благодаря широкому внедрению графеновых технологий в таких отраслях, как электроника, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и здравоохранение, рынок АТР будет демонстрировать самую высокую траекторию роста. По данным India Brand Equity Foundation, правительство Индии потратило 2,1 % ВВП на здравоохранение в 2023 финансовом году и 2,2 % в 2022 финансовом году, что, как ожидается, будет способствовать росту рынка. Промышленность в регионе АТР активно использует графен в самых разных сферах. Такие отрасли, как электроника, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность и здравоохранение, используют графеновую технологию благодаря ее превосходным свойствам, что способствует росту рынка графеновых чипов в этом регионе. Экономический рост и технологический прогресс в АТР проложили путь для обширных исследований и инноваций в области применения графена.

Анализ рынка графеновых чипов показывает, что сегмент бытовой электроники будет доминировать на рынке. По данным Совета по развитию торговли Индии в сентябре 2023 года, в секторе бытовой электроники (CE) наблюдалось увеличение объема на 13%, что свидетельствует о сильном присутствии на рынке, которое, как ожидается, будет способствовать росту. Его интеграция в такие электронные устройства, как смартфоны, носимые устройства и дисплеи, способна произвести революцию в области времени автономной работы, скорости зарядки и долговечности устройств. Гибкость и легкость графена позволяют создавать гибкую электронику, что способствует росту спроса на сгибаемые и складываемые электронные гаджеты. Эта тенденция способствует высокому уровню внедрения графена в бытовую электронику. Стремление к инновациям и технологическому прогрессу в индустрии бытовой электроники способствует внедрению графена. Этот постоянный спрос на инновации, как надеются аналитики, еще больше укрепляет прогнозируемое доминирование графена в этом секторе.

Согласно анализу рынка графеновых чипов, сегмент биологических датчиков будет расти самыми высокими темпами в течение прогнозируемого периода 2024−2030 годов. Уникальные свойства графена, такие как высокое отношение поверхности к объему, электропроводность и биосовместимость, привели к прорыву в области биосенсоров. Эти сенсоры демонстрируют высокую чувствительность и селективность, позволяя точно определять биологические вещества, такие как ДНК, белки и клетки. Огромное развитие получила разработка датчиков на основе графена для мониторинга состояния здоровья человека. Эти датчики позволяют в режиме реального времени отслеживать жизненно важные показатели, биомаркеры и физиологические изменения, что обещает улучшить мониторинг и диагностику в здравоохранении. Благодаря постоянному совершенствованию и расширению сфер применения, этот сегмент будет лидировать на рынке графеновых чипов, переопределяя технологии мониторинга и биосенсинга в здравоохранении.

Технологический прогресс стимулирует рынок, улучшая методы производства графена и качество продукции. Эти инновации позволяют создавать высокопроизводительные графеновые чипы, способствуя их интеграции в различные приложения. Уникальные свойства графена позволяют создавать более компактные и эффективные компьютерные чипы, революционизируя вычислительную мощность и скорость. Его электропроводность и потенциал миниатюризации меняют дизайн чипов. Технологический прогресс в индустрии сенсорных экранов повышает спрос на графен благодаря его превосходной проводимости и прозрачности. Резкое распространение технологии сенсорных экранов стимулирует рост рынка графена. Способность графена революционизировать электронику способствует росту интереса к его применению в различных отраслях промышленности.

Удивительная проводимость и тепловые свойства графена потенциально могут сделать чипы в 10 раз быстрее, что революционизирует вычислительные возможности. Несмотря на проблемы с массовым производством, связанные со стоимостью и масштабируемостью, его применение в производстве микросхем остается одной из главных возможностей. Графен, благодаря своей исключительной проводимости и тепловым свойствам, дает возможность преодолеть ограничения скорости в технологии производства микросхем. Текущие исследования направлены на использование свойств графена для разработки микрочипов, способных работать на значительно более высоких скоростях, чем традиционные кремниевые чипы. Хотя проблемы с коммерческим производством и масштабируемостью сохраняются, эксперты ожидают значительного прогресса в ближайшие несколько лет.

Как результат, Китай лидирует по количеству патентов и объемам синтеза: здесь сосредоточено 66% мирового выпуска графенов (следом идут США — 25%). Учитывая, что 80% мировых запасов кристаллического графита, основного сырья для производства графена, находятся в КНР, большие китайские надежды на грядущую «графеновую революцию» вполне объяснимы.

Основной рынок

Быстрорастущий рынок

Отложенный старт?

Итак, графен уже давно известен как интересный, но сложный материал для электроники будущего. Исследователи из Технологического института Джорджии в Атланте в прошлом году, наконец, разработали то, что они называют первым в мире функционирующим полупроводником на основе графена. Исследование, проведённое Уолтом де Хиром в Технологическом институте Джорджии, посвящено использованию эпитаксиального графена. В результате получаются транзисторы, способные работать на частотах в терагерцах, что в 10 раз быстрее, чем у кремниевых транзисторов, используемых в современных чипах. Этот прорыв обещает, наконец, произвести давно ожидаемую реальную революцию в мире электроники, сделав традиционные компьютеры быстрее и предложив новый материал для будущих квантовых компьютеров.

И в этом же году появился графеновый квантовый процессор, который сможет работать при комнатной температуре (Рис.). О квантовых процессорах мы обязательно детально поговорим позже.

Исследователи уверены, что смогут за короткое время выпустить на рынок первый в мире квантовый чип, который будет требовать значительно меньших затрат по сравнению с существующими на сегодня технологиями.

Сиднейский университет и Федеральная политехническая школа Лозанны получили патент, касающийся использования графена для изготовления квантово-электронных устройств, способных хранить и обрабатывать квантовые биты (кубиты). В настоящее время основатель компании Archer, который руководил соответствующими исследованиями в период работы в университете, собирается предложить рынку квантовые элементы, которые можно будет встраивать в электронные схемы, и которые смогут работать при комнатной температуре, не требуя охлаждения до экстремально низких температур. В компании надеются, что ее решение обеспечит возможность широкого использования квантовых вычисления за счет преодоления барьеров, препятствующих созданию доступного для практического применения квантового компьютера на основе твердотельных материалов. В Archer выражают уверенность, что накопленный на сегодня объем исследований позволит компании за короткое время разработать и выпустить на рынок первый в мире квантовый чип, который будет требовать значительно меньших затрат по сравнению с существующими на сегодня технологиями.

Мы достигли предела количества транзисторов, которые мы можем разместить на одном чипе, тогда как энергия, которую они потребляют, удваивается каждые три года. Это означает, что, если ничего не изменится и мы продолжим работать, как прежде, кремниевые устройства будут потреблять всё генерируемое на планете электричество.

Графеновая технология, возможно, появилась позже, чем мы изначально надеялись, но у нее есть потенциал обойти эти проблемы и реально изменить современную жизнь. Графен уже начал кардинально менять наше представление о возможностях современных технологий. Будущее с графеном — это будущее безграничных возможностей и новых рубежей научного прогресса.

Рис. Квантовый процессор на графене

ООО «Научно-производственное объединение «Кремний интегральные технологии»
© Все права защищены

О нас

Главный офис:

142101, Московская область, г. Подольск, ул. Плещеевская, д. 15А, пом. 3

npokrit@yandex.ru