Полупроводниковая промышленность — это основа современной высокотехнологичной экономики, которая напрямую поддерживает более 100 000 рабочих мест в Европе, а косвенно даже больше. Это было достигнуто за счет продолжающейся миниатюризации технологии «комплементарный металл-оксид-полупроводник» (CMOS) на основе кремния. Но этой модели хватит всего на 10-15 лет.
Основная задача отрасли ИКТ — найти альтернативы для обработки и хранения информации, выходящие за рамки существующих КМОП. Есть веские основания полагать, что графен является главным кандидатом для компонентов "Beyond CMOS" и, несмотря на его революционный характер, дополняет традиционные технологии CMOS.Графен стал предметом научного взрыва после новаторских экспериментов с этим новым материалом менее 10 лет назад, которые были отмечены Нобелевской премией по физике в 2010 году, присужденной профессору Андре Гейму и профессору Кости Новоселову из Манчестерского университета. Замечательные электрические свойства графена могут преодолеть физические ограничения, с которыми сталкивается кремний по мере того, как транзисторы сжимаются до все меньших размеров, обеспечивая решения для эпохи «за пределами CMOS», необходимые для решения проблем глобальной конкуренции.
В октябре 2013 года был запущен флагман GRAPHENE (1), объединяющий несколько дисциплин и направленный на исследования по всему спектру вопросов, от фундаментального понимания свойств материалов до производства графена. Предлагаемые исследования включают электронику, спинтронику, фотонику, плазмонику и механику. — все на основе графена.Под руководством профессора Яри Кинарета из шведского университета Чалмерса, Flagship включает более 126 академических и промышленных исследовательских групп из 17 европейских стран, в которых работают 136 ведущих исследователей, включая четырех лауреатов Нобелевской премии.
При первоначальном 30-месячном бюджете в 54 миллиона евро консорциум GRAPHENE вырастет и включит еще 20-30 групп через открытый конкурс проектных предложений в ноябре на общую сумму до 9 миллионов евро.«Производство графена, безусловно, занимает центральное место в нашем проекте», — сказал профессор Кинарет при запуске, но ключевые приложения, на которые следует обратить внимание, включают быстрые электронные и оптические устройства, гибкую электронику, функциональные легкие компоненты и современные батареи. Примеры новых продуктов, созданных на основе графеновых технологий, включают быструю, гибкую и прочную бытовую электронику, такую как электронная бумага и гибкие устройства персональной связи, а также более легкие и более энергоэффективные самолеты.
Ожидается, что в более долгосрочной перспективе графен приведет к появлению новых вычислительных парадигм и революционных медицинских приложений, таких как искусственная сетчатка.Отправляемся в плавание: графен как флагман полевого транзистора
Описанные вице-президентом Европейской комиссии Нили Крус как «смелое предприятие», флагманы «Будущее и новые технологии» (FET) представляют собой дальновидные, крупномасштабные научно-исследовательские инициативы, которые позволяют решать научные и технологические проблемы в различных научных дисциплинах. Эти новые инструменты финансирования исследований ЕС способствуют скоординированным усилиям между национальными и региональными программами ЕС и его государств-членов, очень амбициозны и основываются на сотрудничестве между различными дисциплинами, сообществами и программами, требующими поддержки на срок до 10 лет. После начальной фазы, которая продлится до марта 2016 года в рамках текущей «Седьмой рамочной программы» ЕС по исследованиям (FP7), работа будет продолжена в рамках следующей программы «Horizon 2020» с ожидаемой выплатой 50 миллионов евро в год на Флагманский проект.
Графен был выбран в качестве флагмана после конкурса между шестью пилотными проектами по исследованию областей с наибольшим потенциалом для устойчивых инвестиций. Как сказала г-жа Крус: «Положение Европы как сверхдержавы в области знаний зависит от мыслить немыслимое и использования лучших идей. Этот многомиллиардный конкурс вознаграждает отечественные научные достижения и показывает, что если мы амбициозны, мы можем разработать лучшие исследования в Европе ».
Флагманский пилотный проект графена, проект GRAPHENE-CA (2), рассматривал, как разработки в этом углеродном материале могут революционизировать ИКТ и промышленность. Пилотный проект установил всеобъемлющую научно-технологическую дорожную карту, которая послужит основой для исследовательской программы флагмана GRAPHENE, охватывающей электронику, спинтронику, фотонику, плазмонику и механику, а также вспомогательные области, такие как производство графена и химия.
И это было основанием, на котором он был выбран.Теперь Flagship запущен и работает, в нем уже собрана головокружительная исследовательская группа. Есть университеты из Лувена в Бельгии, Аалто в Финляндии, Лилля и Страсбурга во Франции, Бремена, Хемница, Дрездена и Гамбурга в Германии, Янины в Греции, Дублина в Ирландии, Триеста в Италии, Минью в Португалии, Барселоны и Кастилии-Ла-Манча. в Испании, Базеле, Женеве и Цюрихе в Швейцарии, Делфте и Гронингене в Нидерландах, а также в Кембридже, Манчестере и Оксфорде в Соединенном Королевстве.
Их дополняют политехнические и технологические институты из Австрии, Дании, Франции, Германии, Греции, Италии, Польши, Испании, Швеции и Швейцарии. Кроме того, есть промышленные партнеры, такие как Nokia, Thales, Alcatel Lucent, Philips Technology, Airbus и ST Microelectronics. И в этом списке только часть участвующих организаций.
Их миссия — доставить графен и связанные с ним слоистые материалы из академических лабораторий в общество, произведя революцию во многих отраслях промышленности и создавая экономический рост и новые рабочие места в Европе.«Комиссия и все академические и промышленные партнеры Graphene Flagship участвуют в этом вместе.
Это необычно долгосрочное обязательство, и здесь будут проблемы, давайте проясним это », — сказал Карл-Кристиан Бур, член кабинета г-жи Крус. «Нам необходимо внедрить промышленность таким образом, чтобы идеи воплощались в жизнь и приводили к появлению новых продуктов и рынков. В этом вся идея Флагмана ».
Более того, он включает в себя полный набор дополнительных действий для достижения этой цели, таких как:- Проект типа ERA-NET, FLAG-ERA (3), для поддержки Flagship в координации национальных исследовательских инициатив по графену. — Ряд инициатив, направленных на распространение знаний о графене по всему миру. Например, Неделя графена — это ежегодный форум, на который собираются сотни исследователей, чтобы поделиться своими последними достижениями в различных дисциплинах. Следующая неделя состоится в Гетеборге, Швеция, в июне 2014 года. ‘, где обсуждения фундаментальной науки могут найти новые интересные приложения. — Graphene Connect — это платформа взаимодействия для академических кругов и предприятий, поощряющая ученых к нестандартному мышлению и отраслям для разработки продуктов для конечных пользователей на основе графена — это будет включать в себя ряд промышленных семинаров и сессий для бизнес-ангелов, предпринимателей и венчурных компаний. капиталисты для обсуждения потенциальных возможностей инвестирования в графен. — Graphene Study — это европейская зимняя школа по графену, которая поможет сформировать новое поколение исследователей графена, а также установит новые прямые каналы связи между молодыми исследователями и представителями академической индустрии. Первый пройдет в австрийских Альпах 2-7 февраля 2014 года.
Первые результатыНекоторые из ранее финансируемых ЕС исследований графена уже приносят свои плоды.
В рамках проекта GRAND (4), завершившегося в декабре 2010 года, изучали, будет ли графен по-прежнему творить чудеса при интеграции с кремниевым CMOS-процессом.Команда проекта, возглавляемая AMO в Германии, решила оценить, действительно ли графен может принести обычную полупроводниковую технологию в эпоху "Beyond CMOS". Консорциум GRAND разработал способы изготовления двумерных графеновых наноструктур (шириной всего 5 нм) для использования в электронных компонентах. Было важно показать, что такие компоненты не только могут функционировать, но и могут быть изготовлены таким образом, чтобы их можно было масштабировать до промышленных объемов.
В результате команда разработала новый тип транзистора — концепция которого была опубликована в журнале Applied Physics Letters — который может открыть новые пути для высокоскоростных электронных и оптоэлектронных устройств на основе графена.В рамках проекта GRAND графен также был интегрирован в энергонезависимое запоминающее устройство, которое можно было уменьшить до молекулярных размеров — графеновое запоминающее устройство размером всего 1х1 нм, которое сохраняет информацию, хранящуюся в нем, даже при отключении питания.
Команда изготовила более 10 таких устройств, что свидетельствует об их масштабируемости.Проект CONCEPTGRAPHENE (5), возглавляемый Технологическим университетом Чалмерса, Швеция, направлен на раскрытие потенциала нанесения тонкого слоя графена на основу из карбида кремния (SiC) с целью разработки масштабируемой электроники с потенциальными приложениями в ‘ спинтроника и сверхточные измерительные приборы. Команда работала над созданием крупномасштабных графеновых пластин, которые позволили бы изготавливать электронные устройства высокой плотности на одной кремниевой пластине.
Этот тип технологии потребуется для полномасштабного промышленного производства компонентов и устройств на основе графена способом, совместимым с современными промышленными технологиями.Завершившийся в сентябре 2013 года, проект запустил стартап по производству графеновых пластин. Graphensic AB находится в Линчёпинге, Швеция. Компания является дочерней компанией Университета Линчёпинга и производит высококачественный однородный графен на карбиде кремния (SiC) с использованием запатентованного «высокотемпературного графенового процесса» — метода выращивания, при котором образуется даже тонкий слой графена. одинарный слой атомов на SiC.
Но графен — не единственный инновационный материал, который может преобразовать электронику — проект 2D-NANOLATTICES (6), завершающийся в мае 2014 года, работает над другими графитоподобными структурами молекулярной решетки на основе других элементов. Эти «нанорешетки» также обладают огромным потенциалом, чтобы проложить путь к все более компактным и более мощным наноэлектронным устройствам. В частности, «силицен» (или «германен»), кремниевый или германиевый эквивалент графена, если они существуют, могут обеспечить лучшую совместимость с обработкой кремния.
Под руководством Национального центра научных исследований «Демокритос» в Греции команда проекта стремится найти способы индуцировать и стабилизировать кремний и германий и впервые доказать, что силицен существует физически. Создавая чередующиеся слои, слабо связанные друг с другом, каждый из которых состоит из одного слоя атомов, этот новый материал может служить элементами вентилей и других компонентов в новых миниатюрных 2D-полупроводниках.Возможно, мы все еще находимся на ранних стадиях, но это, похоже, первые шаги в преобразовании способа изготовления электронных устройств и их возможностей, которые могут аналогичным образом преобразовать европейскую высокотехнологичную промышленность и экономику.
Проекты, представленные в этой статье, были поддержаны Седьмой рамочной программой (FP7) для исследований.(1) «Революции на основе графена в ИКТ и за его пределами»(2) «Наноэлектронные устройства на основе графена».
(3) «Флагманская поддержка ERA-NET»(4) «Новая концепция электроники: эпитаксиальный графен в масштабе пластины».(5) «Координационные действия для революций, связанных с графеном, в ИКТ и не только».
(6) «Сильно анизотропные графитоподобные полупроводниковые / диэлектрические 2D-нанорешетки».