Алмазные чипы: квантовый скачок в технологии

Ученым удалось значительно снизить температуру, необходимую для выращивания алмазов, что приближает момент их использования в кремниевых чипах.

Фото: mos.ru by Евгений Самарин, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Производство микрочипов

Этот прорыв не только повысит эффективность вычислительных систем, но и откроет новые горизонты для квантовых технологий.

Алмазы и электроника: что общего?

Алмазы обладают уникальными свойствами, которые делают их идеальными для использования в электронике. Их кристаллическая структура выдерживает высокие электрические напряжения, отлично рассеивает тепло и практически не проводит электричество.

Однако создание алмазов в лаборатории традиционно требовало экстремально высоких температур, которые несовместимы с производством кремниевых чипов. Попытки снизить температуру зачастую приводили к ухудшению качества материала.

"Если мы хотим внедрить алмазы в кремниевую микроэлектронику, нужно адаптировать процесс под её температурные ограничения”, — объясняет Юрий Барсуков, научный сотрудник Принстонской лаборатории физики плазмы.

Алмазы создают с помощью метода плазменно-химического осаждения из газовой фазы. Однако при использовании ацетилена в процессе вместо алмаза часто образуется сажа, которая препятствует использованию материала в электронике.

Исследователи выяснили, что ключевым фактором является "критическая температура перехода” — её превышение позволяет ацетилену способствовать росту алмаза, а не сажи.

Также важна концентрация ацетилена и присутствие атомарного водорода, который помогает росту алмаза даже при сниженных температурах.

Алмазы для квантовых технологий

Алмазы обладают не только физическими, но и квантовыми свойствами, что делает их перспективным материалом для создания квантовых чипов, сенсоров и систем связи. Важную роль в этом играют так называемые азотно-вакансионные центры — участки кристаллической решётки, где атомы углерода заменены атомами азота.

"Эти центры позволяют электронам вести себя по законам квантовой физики, что открывает возможности для создания кубитов”, — отмечает Аластер Стейси, руководитель отдела квантовых материалов.

Для сохранения этих центров на поверхности алмаза учёные разработали два новых метода — "отжиг в формирующем газе” и "завершение холодной плазмой”.

Они позволяют наносить слой водорода на поверхность алмаза без повреждения его структуры. Хотя методы пока не идеальны, они значительно превосходят традиционные подходы и станут основой для будущих разработок.

Исследователи продолжают совершенствовать технологии, чтобы добиться идеальной гидрированной поверхности алмаза и обеспечить стабильность азотно-вакансионных центров.

Этот шаг станет важным этапом на пути к созданию более быстрых и энергоэффективных вычислительных систем нового поколения.

Уточнения

Алма́з (от пратюрк. almaz, букв. "неподдающийся", через араб. ألماس‎ ['almās] и в др.-греч. ἀδάμας "несокрушимый") — минерал, кубическая аллотропная форма углерода.