Aby zwiększyć wydajność chipów, konieczne jest zmniejszenie rozmiarów tranzystorów i poszukiwanie nowych materiałów do ich produkcji. Jedno bez drugiego nie działa. A podwójnie korzystne będzie, jeśli jakikolwiek nowy materiał do produkcji zaawansowanych półprzewodników okaże się niedrogi, niewyczerpany i dobrze znany naukowcom i producentom. Jak przekonali się naukowcy z USA, takim materiałem może być zwykły węgiel.
Tranzystory wyszły poza elementy dyskretne, zintegrowane, planarne, pionowe bramki, całkowicie otoczone bramki i zmierzają w stronę poziomych kanałów nanostronowych. W kolejnym etapie staną się dwupiętrowe, gdy uzupełniająca się para usiądzie sobie na głowie. Około roku 2035 prawdopodobnie zaczną pojawiać się mniej lub bardziej niezawodne technologie masowej produkcji tranzystorów z materiałów dwuwymiarowych o grubości atomowej. Pojawią się one jednak dopiero wtedy, gdy zostanie przygotowane dla nich podłoże obejmujące szereg przewodników, półprzewodników i izolatorów.
Jak odkryli naukowcy z Krajowego Laboratorium Technologii Energetycznych (NETL) Departamentu Energii, węgiel może działać jako izolator w tej triadzie. Dlaczego węgiel? Bo jest tego mnóstwo. Naprawdę dużo. Wydobycie, transport, przetwarzanie i magazynowanie węgla są usprawnione jak nic innego. Dziś praktyka spalania węgla w celu uzyskania energii i ciepła odchodzi w przeszłość jako relikt okresu rozkwitu industrializacji. Ale nie da się też od razu zrezygnować z górnictwa węglowego, bo byłby to poważny cios dla gospodarki, przemysłu i społeczeństwa. Idealnym rozwiązaniem byłoby przekształcenie tego zasobu kopalnego w zaawansowaną technologię. Właściwie w tym celu zespołowi NETL przydzielono odpowiednie zadanie.
Osobnym niuansem jest to, że w przypadku chipów wykonanych na materiałach dwuwymiarowych – grafenie, dwusiarczku molibdenu i innych – nie nadają się tradycyjne izolatory wykonane z tlenków metali. Tlenki metali mają obszerną, a przez to nierówną powierzchnię, a jeśli zostaną połączone z materiałami 2D, interfejs będzie miał tak złożony relief, że elektronom na pewno się to nie spodoba. Część prądu zostanie rozproszona na granicy przejścia. Węgiel to inna sprawa. Jej amorficzna struktura pozwala na stworzenie doskonałej warstwy izolacyjnej, która niemal idealnie dopasowuje się do lustrzanej powierzchni materiału 2D.
Zaproponowany przez naukowców proces techniczny nakładania folii izolacyjnych z węgla wygląda dość prosto. Węgiel jest mielony na proszek, a następnie za pomocą cieczy przekształcany w zawiesinę. Po osadzeniu następuje suszenie i polerowanie. Wygląda prosto i jest dostępny do masowej produkcji. Właściwie kolejne eksperymenty z węglem w celu zastąpienia izolatorów będą miały na celu przede wszystkim opracowanie technologii masowej produkcji mikroukładów, jak opisali naukowcy w artykule w czasopiśmie Communications Engineering.
Wisienką na torcie tej wiadomości była informacja, że TSMC zainwestowało w projekt węglowy. Tajwański producent chipów ma nadzieję wykorzystać tę technologię w przyszłych procesach produkcyjnych.