Ревю на революційні прориви у світі напівпровідників: 8 несподіваних знахідок, що перетворять електроніку найближчого майбутнього

Революційні прориви у світі напівпровідників: 8 несподіваних знахідок, що перетворять електроніку найближчого майбутнього

У світі напівпровідників навіть маленькі знахідки можуть мати великий вплив на електроніку. Компанії і науковці продовжують шукати інноваційні рішення та матеріали, які вдосконалять властивості напівпровідників і покращать технологічні досягнення. У цій статті представлено 8 несподіваних знаходок у світі напівпровідників, які мають потенціал трансформувати електроніку найближчого майбутнього.

1. Графен

Одним з найбільш обіцяючих матеріалів для напівпровідникової електроніки є графен. Графен – це моношаровий кристалічний вуглець, який має унікальні електронні властивості. Він є надзвичайно провідним, має високу механічну міцність та теплопровідність, а також багатий набір оптичних властивостей.

Однією зі сподіваних застосовуваний графену є його використання в електроніці, де він може замінити силіцій, який є основним матеріалом для виготовлення напівпровідникових пристроїв. Графен може покращити продуктивність та швидкість напівпровідникових пристроїв, а також знизити їхню енергоспоживання.

Для отримання графену використовують різні методи, такі як епітаксія на металевих підкладках або методи механічного розтрію. Однак, на сьогоднішній день, отримання масового графену залишається викликом. Великі надії положені на комерційну виробництва графену в найближчому майбутньому.

2. Перовскіт

Перовскіт – це клас матеріалів, які мають кристалічну структуру, подібну до структури перовскіту. Вони володіють унікальними фізичними властивостями, які роблять їх ідеальними кандидатами для використання в сонячних батареях, електролітних мембранах, панелях індикації та інших електронних пристроях.

Одним з найцікавіших властивостей перовскіту є його здатність до атомного переупорядкування, що веде до зміни його електричних властивостей. Це дозволяє використовувати перовскіт у різних типах електронних пристроїв, зокрема у транзисторах, світлодіодах та сонячних батареях.

Перовскіт представляє великий потенціал для розвитку електронної промисловості. У недавньому дослідженні відома компанія Samsung оголосила про свою здатність до виготовлення перовскіту для сонячних батарей з ефективністю перетворення енергії понад 20%, що високою як для сонячних батарей на основі силіцію.

3. Квантові точки

Квантові точки – це наноструктури напівпровідникових матеріалів з тривимірним узагальним розміром, якими можна визначити їхні електронні та оптичні властивості. Вони мають дуже малі розміри, приблизно від 2 до 10 нанометрів, що призводить до зміни їхніх оптичних і електричних властивостей.

Квантові точки можуть бути використані в різних пристроях, від світлодіодів до сонячних батарей. Вони володіють великим спектром кольорів, що дозволяє створювати яскраві та насичені дисплеї. Крім того, квантові точки мають високу енергоефективність, що робить їх ідеальними для використання в електроніці.

Одним з основних преимуществ використання квантових точок у різних пристроях є їхня висока квантова ефективність. Вони здатні поглинати та емітувати світло з високою квантовою видачею, що покращує продуктивність пристрою та знижує його енергоспоживання.

4. Молекулярна електроніка

Молекулярна електроніка – це нове напрямок в електроніці, в якому молекули використовуються як будівельні блоки для створення електронних пристроїв. В порівнянні з традиційними напівпровідниковими матеріалами, молекулярні матеріали мають багато переваг, зокрема молекулярна електроніка є більш масштабованою, економічно вигідною та має низький рівень енергоспоживання.

У молекулярній електроніці, як правило, використовуються одномолекулярні пристрої, в яких молекули виконують функції провідників або полупровідників. Ці пристрої мають багато потенціалу для розвитку електроніки, наприклад, вони можуть замінити силіцій у виробництві процесорів.

Молекулярна електроніка вже використовується в ряді прототипів, але для виробництва промислових масштабів потрібно ще багато досліджень та розробок. Проте, розвиток молекулярної електроніки має великий потенціал для революції у світі електроніки.

5. Тунельний транзистор

Тунельні транзистори – це особливий тип транзистора, який використовує явище тунелювання для передачі заряду через бар’єренергетичного потенціалу. Це новий тип транзистора, який може працювати на вищих швидкостях, та має більш низьку витрату енергії, порівняно з традиційними транзисторами на основі силіцію.

У тунельних транзисторах струм може проходити через матеріал, якщо він перебуває у квантовій точці. Це дозволяє тунельним транзисторам працювати на вищих частотах і придатним для використання в сучасних пристроях.

Тунельні транзистори вже застосовуються в ряді прототипних пристроїв, але їх комерційного використання ще не було досягнуто. Однак, декілька компаній, зокрема Intel, вже заявили про свої плани випустити комерційні продукти на основі тунельних транзисторів найближчим часом.

6. Терагерцова електроніка

Терагерцова (ТГц) електроніка – це галузь електроніки, яка стосується роботи з високочастотними хвильовими довжинами в діапазоні 0,1-10 ТГц. Цей діапазон електромагнітних хвиль знаходиться між мікрохвильовим і інфрачервоним діапазонами.

Терагерцова електроніка має потенціал змінити спосіб, яким ми взаємодіємо з електронікою. Вона може забезпечити високошвидкісне бездротове підключення, можливості сканування без використання рентгенівського випромінювання і багато іншого.

Терагерцова електроніка вже знаходить застосування в деяких пристроях, таких як сканери для централізованого контролю на транспортних вузлах та бездротові пункти доступу. Однак, для розвитку терагерцової електроніки потрібно багато досліджень та розробок, включаючи вирішення проблеми створення пристроїв, які працюють при комерційних температурах.

7. Квантові обчислювальні пристрої

Квантові комп’ютери – це особливі пристрої, які використовують принципи квантової механіки для здійснення обчислень.

Одним з ключових елементів квантових комп’ютерів є кубіти, які замінюють класичні біти. Кубіти можуть перебувати в суперпозиції і ентанглірованими, що допускає велику потужність інформаційної обробки.

Квантові комп’ютери мають потенціал вирішити досить велику кількість задач, які є важкими для класичних комп’ютерів. Однак, на сьогоднішній день, промислові квантові комп’ютери є ще експериментальними пристроями, і для їх широкого застосування потрібно ще багато роботи.

8. Органічна електроніка

Органічна електроніка – це галузь електроніки, яка використовує органічні (вуглецеві) сполуки для створення електронних пристроїв. Органічні сполуки є біологічно розчинними і незаймінают багато місця, що дає можливість робити надзвичайно тонкі та гнучкі пристрої.

Органічні сполуки також можуть бути легко модифіковані для створення різних типів пристроїв, включаючи дисплеї, сенсори, сонячні батареї та інші пристрої.

Органічна електроніка вже знаходить застосування в ряді прототипних пристроїв, але для її широкого впровадження ще потрібно багато досліджень та вирішення проблем, пов’язаних з ефективністю та стабільністю органічних компонентів.

Висновок

Революційні прориви у світі напівпровідників вже приводять до значних покращень у сфері електроніки. Від графену та перовскіту до квантових точок і органічної електроніки – ці знахідки відкривають нові можливості для створення більш продуктивних, енергоефективних та функціональних пристроїв.

Хоча кілька з цих знаходок вже використовуються в промисловості, багато з них ще потребують додаткових досліджень та технологічного розвитку, перш ніж вони стануть загальновизнаними декілька років для їх комерційного використання. Однак, з плином часу, ці прориви у світі напівпровідників, безумовно, перетворять електроніку найближчого майбутнього.

Sources:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
• https://uatronica.com/novyny-elektronnyh-komponentiv/oglyad-peremozhcziv-nagorod-gsa-2023-ta-trendy-2024-roku-u-sviti-napivprovidnykovyh-materialiv-review/
• https://uatronica.com/novyny-elektronnyh-komponentiv/revyu-13-najvydatnishyh-dosyagnen-u-sviti-napivprovidnykiv-genialni-tehnologiyi-yaki-zminyat-majbutnye/