Графен + ДНК = Майбутнє мікроелектроніки
Вуглець ― це основа життя на землі, за останній час відкрито велику кількість аллотропних форм вуглецю, крім графіту та аморфного вуглецю, існують також вуглецеві нанотрубки, алмаз, лонсдейліт та інші.
В останнє десятиліття найбільш досліджуваної формою вуглецю є графен, вже відкриті такі види графена як надзвичайно деформований графен, графан ― з'єднання графену і водню, графин ― нещодавно змодельована форма графену і ще не отримана досвідченим шляхом.
Графену пророкують велике майбутнє в мікроелектроніці як замінник кремнію. Вже доведені більш високі характеристики графена як напівпровідникового матеріалу. Світова наука вже стоїть на порозі впровадження нових електронних пристроїв у виробництво. Єдиним обмеженням поки є можливість виробництва графенових листів прийнятної якості у великих обсягах. Хоча основна сировина для отримання графена ― конструкційний високощільний і високочистий графіт досить поширений матеріал, промислова технологія відлущування від графіту графенових листів товщиною в один атом поки не налагоджена. А для створення високошвидкісних та енергоефективних транзисторів необхідні графенові листи товщиною в один атом, шириною 20-50 атомів вуглецю, а довжиною до декількох мікрон.
Професор Чжеань Бао з Стендфорского Університету разом зі своїми колегами Анатолієм Соколовим і Фанг Лінг Япом вирішили піти іншим шляхом і використовувати в якості вихідного матеріалу для графену не графіт, а основу життя ― ДНК. Так як ДНК має розміри необхідні для отримання графенових транзисторів, вчені вирішили використовувати його в якості шаблону для отримання сучасних транзисторів. Вчені сподіваються, що таке оригінальне рішення дозволить сконцентрувати велику кількість транзисторів на малих площах чіпа, не боячись значних перегрівів. На ці дослідження кинуті величезні гроші, так як розвиток кремнієвої мікроелектроніки незабаром буде обмежено із-за неможливості зменшувати розмір кремнієвого транзистора і тим самим буде порушено закон Мура. Графенові ж транзистори дозволять забезпечити дотримання закону Мура ще багато десятиліть.
ДНК для производства графеновых чипов ― это не только основа или шаблон, а еще и оснастка для правильного размещения транзисторов в чипе. Ученые задействуют физические и химические свойства ДНК. Для выполнения столь амбициозных задач ученым понадобится в первую очередь подготовить субстрат для выращивания транзисторов. В качестве субстрата для выращивания ученые планируют использовать кремниевую подложку окунутую в раствор ДНК полученный из бактерий, после чего ДНК будут причесаны в относительно прямые линии.
На втором этапе ДНК будут выдержаны в растворе солей меди, нагреты и погружены в метан, основу которого составляет углерод. Нагрев вызовет реакцию, которая освободит атомы углерода из ДНК и метана и свободные атомы быстро образуют стабильные сотовые листы графена. Таким образом атомы углерода полностью скопируют структуру ДНК и обеспечат довольно плотное расположение транзисторов недоступное для других способов производства. Но при слишком близком расположении велик риск слипания листов графена и превращения их в графит.
Враховуючи величезні вкладені гроші в цей проект, а також перспективність даних досліджень, шанси на успіх вчених з стендфорда досить великі і не виключено, що готова промислова технологія може з'явитися вже протягом найближчих трьох ― п'яти років.
