室溫下保持高載流子移動率,稀有元素碲或可成為高效晶片祕方

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 25 日 17:26 | 分類 晶片 , 材料 , 材料、設備 follow us in feedly

美國普渡大學研究人員發現一種衍生自稀有元素碲(tellurium)的極薄二維材料,可大幅提升晶片電晶體運行效率,進而提高電子裝置(如手機、電腦)處理訊息的速度,也能增強諸如紅外線感測器的技術。



80% 碲應用於冶金工業,在鋼、銅合金中加入少量碲,能改善其切削加工性能並增加硬度;在鑄鐵中,碲被用作碳化物穩定劑,使表面堅固耐磨;而含有少量碲的鉛可提升材料耐蝕性、耐磨性和強度,用做海底電纜的護套。

高純碲可用做溫差電材料的合金組分,另外和多數類金屬一樣,碲和若干碲化物是半導體材料,超純碲單晶則是新型紅外材料,而隨著技術進步(尤其是光伏產業),我們對碲的需求量正在上升,比如碲化鎘太陽能薄膜電池的主要原料也是碲。

在做為半導體材料方面,普渡大學指出,諸如石墨烯(graphene)、黑磷(black phosphorus)或矽烯(silicene)等二維材料,不是在室溫下缺乏穩定性、就是在高頻高功率設備中還沒有找到能量產高效電晶體(transistor)的方法,但普渡大學電子與資訊工程學教授 Mary Jo Schwartz 領導的團隊,從碲元素中製造的二維薄膜能在室溫下實現穩定片狀電晶體結構,允許載流子(carrier)快速移動。

使用其他電晶體材料通常必須在較低溫或真空環境中才能獲得良好穩定性,也因此,能在室溫下保持高載流子移動率的碲電晶體更具成本效益,片狀結構則代表電子移動障礙更少,就像一張紙,能讓快速移動的載流子在更大表面積上傳輸更多電流。

不過碲礦資源分布稀散,且在地殼含量不高,加上對碲的需求上升引發另類環境污染問題(某些形式的碲有毒),這種新電晶體材料能否順利誕生還要持續觀望。

(首圖來源:普渡大學