Grafen och kisel

Kisel är det mest använda materialet för elektronik i vår vardag. Det har nu utvecklats industriellt under drygt femtio år. Utvecklingen handlar främst om att ha bra materialkvalitet och jämn kvalitet över stora ytor så att många komponenter kan tillverkas på varje kiselskiva. Storleken hos skivorna gick från 23 millimeter till 300 millimeter i diameter från 1960 till 1997. Under 2012 började kiselskivor med en diameter på 450 millimeter att införlivas i produktion. Sedan de elektroniska tillämpningarna började ta sina första stapplande steg så har man försökt hitta material och metoder som passar för att utveckla komponenterna vidare.

_MG_4021_09_web

Transistorn är grunden i de flesta elektroniska tillämpningar, och den styr hur elektroner rör sig. Elektronerna i transistorn transporterar ström och därmed information. Ju kortare sträcka elektronerna måste röra sig, desto snabbare kommer informationen fram. Om de kan röra sig fortare så kommer informationen också fram fortare. Den integrerade kretsen byggs upp av miljontals transistorer som kommunicerar med varandra. Kretsen är grunden i våra processorer inom allt från handhållen elektronik som mobiltelefoner och ipad, till datorer och enorma serverhallar som exempelvis Facebook använder.

Snabbheten hos kiseltransistorerna som bygger upp kretsarna i olika processorer har ökat hela tiden genom att de har blivit mindre i storlek. Resultatet är samtidigt allt mer avancerade processorer. Men alla material har sina begränsningar, och det går inte längre att få själva elektronikmaterialet att ge snabbare elektronik. Nu börjar kisel nå sin gräns när det är svårt att utveckla materialet mer. Men samtidigt är kisel en enormt stark överlevare eftersom materialet är så vanligt och den kiselbaserade industrin är väldigt väl utvecklad. Produktionen ger oerhört många komponenter på varje skiva och skivorna kontrolleras minutiöst så att de redan små felmarginalerna ska minska.

_MG_4025_09_web

Grafen har en hel del unika egenskaper. Ett av dessa är att elektronerna går upp mot 100 gånger snabbare än i kisel. En naturlig tanke är att transistorer tillverkade från grafen kan bygga mycket snabbare processorer. Men för att få en ny processor så är det inte bara att ersätta själva materialet, utan det finns en hel del olika steg för att processa material till transistorer och integrerade kretsar. För kisel är sådana processer väl utvecklade medan liknande processer behövs utvecklas för grafen.

Eftersom kisel är etablerad inom produktionen så är kostnaden låg för kiselmaterialet. Grafen måste framställas på något underlag, vilket ökar kostnaden, eller föras över till ett annat lämpligt underlagsmaterial som kostar mindre. Det är dock svårt att praktiskt hantera överföringen. Grafen kommer rimligen inte att ersätta kisel helt och hållet inom alla tillämpningar, utan får hitta de användningsområden där kostnaderna blir jämförbara eller prestandan är bättre. Framtidens material från forskning blir bara användbart i framtiden om det kan konkurrera med dagens material inom produktion.

Advertisements

About mikaelsyvajarvi

Att stanna upp, betrakta och uppleva | www.bildsinne.se
This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s