Сверхпроводящие микросхемы могут стать реальностью

Многие химические элементы становятся сверхпроводниками при низких температурах или высоком давлении, но вплоть до недавнего времени медь, серебро, золото и германий (полупроводник), к примеру, не удавалось перевести в сверхпроводящее состояние. Ученым Исследовательского центра Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) впервые удалось получить сверхпроводящий германий. Более того, им удалось развеять ряд заблуждений, которые сопровождали сверхпроводимость полупроводников.

Чистые полупроводники, подобные кремнию или германию, при низких температурах практически являются изоляторами, но начинают проводить ток после легирования другими атомами. Обычным методом легирования является ионная имплантация с помощью пучка ускоренных электрическим полем ионов. Для получения сверхпроводящего полупроводника необходимо внести в кристалл большие количества примеси, зачастую бóльшие, чем он может абсорбировать. В FZD образец германия был легирован примерно шестью атомами галлия на 100 атомов германия.

Поскольку решетка германия претерпела существенные изменения вследствие ионной имплантации, она нуждалась в восстановлении. Для этих целей в FZD была разработана импульсная лампа для отжига. С помощью повторяющего нагрева поверхности образца удалось восстановить решетку без изменения распределения атомов примеси.

По мнению ученых, новый материал весьма многообещающий. Он демонстрирует неожиданно высокое критическое магнитное поле по отношению к температуре, при которой вещество становится сверхпроводником. Для многих материалов сверхпроводимость наступает только при очень низких температурах – лишь немногим выше абсолютного нуля. Образец германия, легированный галлием, становится полупроводником при 0,5 К. Однако исследователи ожидают, что смогут повысить температуру с помощью изменения некоторых параметров в процессе ионной имплантации или отжига.

Физики мечтают о сверхпроводящем полупроводнике уже в течение длительного времени, но считали, что шансы получить сверхпроводящий германий невелики. Германий использовался для производства транзисторов первого поколения, однако вскоре был заменен кремнием. Недавно к «старому» полупроводнику снова вырос интерес, поскольку по сравнению с кремнием он позволяет строить более быстрые цепи.

Эксперты полагают, что германий будет вновь открыт для микро- и наноэлектроники. Смысл этого ренессанса обусловлен тем фактом, что возможности миниатюризации в микроэлектронике на базе кремния исчерпываются. Сегодня для транзисторов необходимы крайне тонкие слои оксидов, при которых оксид кремния уже плохо работает. Использование германия для изготовления микросхем может привнести два преимущества: он может обеспечить как более быстрые схемы, так и дальнейшую миниатюризацию. Сверхпроводящий германий может, таким образом, помочь реализации цепей для создания инновационных компьютеров.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365