初の機能的グラフェン半導体がポストシリコンチップへの道を開く — ジョージア工科大学の研究者の材料は標準的なチップ製造方法で使用可能

ジョージア工科大学の研究者たちは、「グラフェンから作られた世界初の機能性半導体」を開発したと主張している。重要なのは、研究チームが開発したエピタキシャルグラフェンは従来のマイクロエレクトロニクス処理方法と互換性があり、シリコンの現実的な代替品となる点である。さらに、この精製された材料は、エレクトロニクス用途に望ましいバンドギャップを実現しており、将来の量子コンピューティングデバイスへの潜在的な可能性を秘めている。

テクノロジーの専門家たちは長年、ムーアの法則を存続させるための戦いを強調してきました。半導体の発展を目指す人々が直面する重要な課題の一つは、シリコンが限界に達しつつあることです。グラフェンは（2004年の発見以来）常に驚異の素材として謳われてきました。しかしながら、グラフェンは未だに重要な、あるいは広く採用される技術革新に貢献していません。しかしながら、ジョージア工科大学の研究者たちは、シリコンカーバイドに結合した精製エピタキシャルグラフェンで、大きな成果を上げているようです。

これら3つの特性にもかかわらず、グラフェンベースの材料にはこれまで重要な半導体特性が欠けていました。「グラフェンエレクトロニクスにおける長年の課題は、グラフェンが適切なバンドギャップを持たず、正しい比率でオンオフを切り替えることができないことでした」と、中国天津大学にある天津国際ナノ粒子・ナノシステムセンターのデ・ヒーア共同設立者であるレイ・マー博士は述べています。「長年にわたり、多くの人が様々な方法でこの問題に対処しようと試みてきました。私たちの技術はバンドギャップを実現し、グラフェンベースのエレクトロニクス実現に向けた重要な一歩となります。」レイ・マー博士は、本日ネイチャー誌に掲載された「シリコンカーバイド上の超高移動度半導体エピタキシャルグラフェン」論文の共著者でもあります。

研究チームの画期的な進歩は、特殊な炉を用いてシリコンカーバイド（SiC）ウエハ上にグラフェンを成長させる方法を発見したことで実現しました。これにより、SiCに結合したエピタキシャルグラフェンが製造されました。ジョージア工科大学のブログによると、この材料の完成には10年を要しました。現在、試験により、このグラフェンベースの半導体材料はシリコンの10倍の移動度を持つことが示されています。「言い換えれば、電子は非常に低い抵抗で移動し、電子機器においては、これはより高速なコンピューティングにつながります」と、教育研究機関のブログは説明しています。

リージェンツ物理学教授は、グラフェンベースのエレクトロニクスの魅力的な特性を分かりやすく説明する。「砂利道を運転するのと高速道路を運転するのとでは違います」と、デ・ヒーア氏は、自ら開発したグラフェン半導体材料を通る電子の動きについて述べた。「効率が高く、発熱も少なく、速度も速いため、電子の移動速度も速くなります。」

ジョージア工科大学の研究チームによると、炭化ケイ素に結合したエピタキシャルグラフェンは、開発中の他のどの2D半導体よりもはるかに優れているとのことです。デ・ヒア教授は、この半導体材料のブレークスルーを「ライト兄弟の瞬間」と表現し、この材料が電子の量子力学的波動特性と適合していることを強調しました。これは、量子コンピューティングの将来の進歩に大きく貢献する可能性があることを意味します。