Ingenieurs van de University of Utah hebben een nieuw soort 2D-halfgeleidend materiaal voor elektronica ontdekt dat de deur opent voor veel snellere computers en smartphones die ook veel minder stroom verbruiken.

De halfgeleider, gemaakt van de elementen tin en zuurstof, of tinmonoxide (SnO), is een laag 2D-materiaal van slechts één atoom dik, waardoor elektrische ladingen er veel sneller doorheen kunnen gaan dan conventionele 3D-materialen zoals silicium. Dit materiaal kan worden gebruikt in transistors, de levensader van alle elektronische apparaten zoals computerprocessors en grafische processors in desktopcomputers en mobiele apparaten. Het materiaal werd ontdekt door een team onder leiding van Ashutosh Tiwari, universitair hoofddocent materiaalwetenschap en engineering van de Universiteit van Utah.

Een paper waarin het onderzoek wordt beschreven, is maandag online gepubliceerd, 15 februari 2016 in het tijdschrift, Geavanceerde elektronische materialen . De krant, dat ook het omslagverhaal zal zijn op de gedrukte versie van het tijdschrift, was co-auteur van promovendi K.J. Saji en Kun Tian, ​​materiaalwetenschap en techniek van de Universiteit van Utah, en Michael Snure van het Wright-Patterson Air Force Research Lab in de buurt van Dayton, Ohio.

Transistoren en andere componenten die in elektronische apparaten worden gebruikt, zijn momenteel gemaakt van 3D-materialen zoals silicium en bestaan ​​uit meerdere lagen op een glazen substraat. Maar het nadeel van 3D-materialen is dat elektronen in alle richtingen in de lagen rondkaatsen.

Het voordeel van 2D-materialen, wat een opwindend nieuw onderzoeksgebied is dat pas ongeveer vijf jaar geleden is geopend, is dat het materiaal is gemaakt van één laag met de dikte van slechts één of twee atomen. Bijgevolg, de elektronen "kunnen maar in één laag bewegen, dus het is veel sneller, ' zegt Tiwari.

Terwijl onderzoekers op dit gebied onlangs nieuwe soorten 2D-materiaal hebben ontdekt, zoals grafeen, molybdeendisulfide en borofeen, het zijn materialen die alleen de beweging van het N-type toestaan, of negatief, elektronen. Om een ​​elektronisch apparaat te maken, echter, je hebt halfgeleidermateriaal nodig dat de beweging van zowel negatieve elektronen als positieve ladingen mogelijk maakt, ook wel 'gaten' genoemd. Het door Tiwari en zijn team ontdekte tinmonoxidemateriaal is het eerste stabiele 2D-halfgeleidermateriaal van het P-type dat ooit heeft bestaan.

"Nu hebben we alles - we hebben P-type 2D-halfgeleiders en N-type 2D-halfgeleiders, "zegt hij. "Nu gaan de dingen veel sneller vooruit."

Nu Tiwari en zijn team dit nieuwe 2D-materiaal hebben ontdekt, het kan leiden tot de productie van transistors die nog kleiner en sneller zijn dan de transistors die tegenwoordig worden gebruikt. Een computerprocessor bestaat uit miljarden transistors, en hoe meer transistors in een enkele chip zijn verpakt, hoe krachtiger de processor kan worden.

Transistors gemaakt met Tiwari's halfgeleidend materiaal zouden kunnen leiden tot computers en smartphones die meer dan 100 keer sneller zijn dan gewone apparaten. En omdat de elektronen door één laag bewegen in plaats van rond te stuiteren in een 3D-materiaal, er zal minder wrijving zijn, wat betekent dat de processors niet zo heet worden als normale computerchips. Ze zullen ook veel minder vermogen nodig hebben om te draaien, een zegen voor mobiele elektronica die op batterijstroom moet werken. Tiwari zegt dat dit vooral belangrijk kan zijn voor medische apparaten zoals elektronische implantaten die langer meegaan op een enkele batterijlading.

"Het veld is momenteel erg heet, en mensen zijn er erg in geïnteresseerd, "zegt Tiwari. "Dus over twee of drie jaar zouden we op zijn minst een prototype moeten zien."