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グラフェン使用の半導体がガジェットの未来を変える

現状

シリコン素材は、テクノロジーの進歩や発見の助けとして広く利用され、現代社会において大きな技術革命をもたらしました。シリコン製トランジスタはコンピュータチップやスマートフォン用プロセッサとして広く用いられています。このようにして過去数十年にわたって、シリコンを利用することによって半導体・集中サーキットの機能向上を実現してきました。シリコン製マイクロチップは2年おきにその処理スピードとメモリ容量を倍増しながら、マーケットの需要に応じるようにしてサイズの縮小化も実現してきました。しかしながら、この現状に終止符が打たれることになるかもしれません。

なぜシリコンから離れていくのか?

近代の専門家に言わせれば「シリコンにこだわる理由はどこに?」となるのです。そもそもマイクロチップやトランジスタにシリコンを使わなくてはいけない、という決まりはどこにも無いのです。処理スピードの早い高品質電子機器を念頭に置いた際に、たまたまシリコン素材にたどり着いたことをきっかけに、以降はその性能・サイズを限界まで改良してきました。しかしもうこれ以上最小化は事実上不可能であるため、新たな方向性として「グラフェン」の使用に目を向け始めています。グラフェンは単層の炭素原子が蜂の巣状に配置された構造を持ち、合成半導体とサーキットへの利用を目材して現在も研究が重ねられています。

次のステップ

半導体としての一酸化グラフェン

技術革新

ウィスコンシン・ミルウォーキー大学の科学者チームが偶然一酸化グラフェンを発見したのは、酸化グラフェンから純グラフェンシートを取り出す研究をしていた過程においてでした。酸化グラフェンは過熱した際に、温度によって4種類の形に変化することが分かり、これを総じて一酸化グラフェンと呼ぶことにしました。

利用詳細

こうして形成された一酸化グラフェンのもつ特性を観察し、研究チームはこの素材が半導体として利用できるという結論に達しました。シート状の性質を生かし、表面触媒としての利用が可能なうえ、将来的には半導体機能をサーキット部品として利用できるように研究が進められています。

現在の限界点

一酸化グラフェンは発見されて間もないため、電子機器への実用化に際してはこの先多くの時間を費やしながらその可能性を探ることが必要となります。研究チームによると、一酸化グラフェンが異なる温度にどのように反応するか、また実際の使用環境でどのように機能するかをテストする必要があります。つまり、熱の及ぼす影響を理解することが次のステップということです。

IBM製グラフェン集中サーキット

技術革新

IBMの研究者チームはグラフェンベース電子トランジスタを利用して接合された最初の集中サーキットを完成させることに成功し、大きな技術革命をもたらしました。独自に設計された10ギガヘルツ周波数ミキサーは、グラフェンベース電子トランジスタと共にシリコン炭素ウェファー基盤を使用しています。

利用詳細

いまや世界中の科学者たちがグラフェン製品を作り出すのに必死です。しかし難点として挙げられるものには、この単一炭素分子シート同士をOメタルと合金の上でつなげ合わせること難しさです。また、グラフェンは加工作業中に傷が付きやすいものですが、これに関してはシリコン炭素ウェファー基盤の上に乗せてポリマーコーティングすることで保護を可能にしています。ポリマーは加工終了後取り除かれ、アセトンによって仕上げが施されます。

現在の限界点

IBMはグラフェン半導体研究においては先駆けとして君臨してきています。こちらも実用化には時間が必要ですが、未来は明るそうです。

グラフェン素材の利用方法を補助するナノウィグル

技術革新

レンセラー工科専門学校の科学者たちは、新しく発見されたグラフェン・ナノウィグルと呼ばれる現象を検証するため最新のスーパーコンピューターを使用しています。グラフェン・ナノリボンはナノウィグルと呼ばれる構造に分裂され、このことでグラフェン・ナノ構造各種を掘り下げて検証することが可能になります。

利用詳細

グラフェン・ナノウィグルはグラフェン・ナノ構造の青写真のようなもので、ナノ構造の状況を検証するのに用いられます。このことでその都度グラフェン・ナノ構造を合成製造せずに済むのが大きな利点です。異なるナノウィグルは異なるバンド構造を持つため、電気の伝導性に変化が出るのです。したがって、ナノウィグルを調整することで科学者たちは電気伝導性を自由に選択することが出来るようになりました。

現在の限界点

この技術は非常に洗練されたものであるだけでなく、最新のものでもあります。科学者たちは引き続きナノウィグルとグラフェン・ナノ構造に関する研究を続けており、マップ化をすることで将来のグラフェンベース・ナノ製品の生成を簡単にしようと努力しています。

グラフェン機器製作の簡略化に向けて開発されたモーターローラー

技術革新

商業用グラフェン機器の製造には簡単・低コストが絶対条件ですが、その実現に向け韓国での取り組みが注目されます。彼らはモーター制御のローラーによってPMMAポリマーソリューションを縦横交互パターンに配置するシステムを開発し、このことで低コストでのグラフェンパターンの製作を実現させました。

利用詳細

この技術によって、メーカーや研究者は一度に低コストで様々なグラフェンパターン作り出すことができます。グラフェンがシリコンの代用として実用化される上でこの技術は大変重要な役割を担っています。

現在の限界点

この例も近い将来により発達した形で実用化される期待の持てる技術革命の一つです。チームはすでに次のステップへ向けて動き出しており、より多くのグラフェンに関する研究を可能にするための高度技術の開発に向け全力を注いでいます。

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