Kompetence NTC ZČU ve vývoji materiálů a inovací čipové technologie. Rozhovor s profesorem Jánem Minárem

Jaké má výzkumný ústav Nové technologie – výzkumné centrum (NTC) Západočeské univerzity v Plzni kompetence v oblasti technologií polovodičových čipů?

Pracujeme zde na předpovídání, syntéze a charakterizaci nových kvantových materiálů s novými a/nebo zlepšenými vlastnostmi. Naše kompetence zahrnují mimo jiné:

Vývoj čipů založených na spinu a spintronice: Specializujeme se na vývoj materiálů a čipů založených na spinu, které doplňují tradiční polovodičovou mikroelektroniku. Tato oblast je zvláště důležitá v kontextu technologií "za Moorovým zákonem", kdy jsou tradiční tranzistory dosahující svých limitů. Zaměřujeme se konkrétně na antiferomagnetické materiály, jako jsou Mn2Au a MnTe, na rozdíl od tradičně používaných feromagnetických materiálů, dále na funkční magnetické a topologické materiály. Důraz klademe na jedinečné výhody spintroniky, která může najít uplatnění v různých oblastech technologie, včetně magnetických náhodných pamětí (MRAM), neuromorfního počítání a terahertzové technologie.

Grafen a TMD Materiály: Naše práce zahrnuje i 2D systémy přechodných kovů a chalkogenidů (TMD), zejména Molybden (Mo) a Wolfram (W) se sírou (S), selenem (Se) nebo tellurem (Te). Využíváme kombinaci experimentálních technik a simulací prvních principů a atomistických simulací k porozumění základní povahy kvazičástic, zkoumáme symetrii těchto materiálů a jejich elektronické struktury. Tyto materiály mají potenciál vést druhou kvantovou revoluci v oblasti počítání a kvantových informačních aplikací tím, že poskytují ovladatelný systém spinového qubitu v pevném skupenství. Jsme odborníky v oblasti vývoje a využití grafenu a materiálů přechodných kovů dichalkogenidů (TMD) v elektrochemických aplikacích. Tyto materiály mají výjimečné vlastnosti, které je dělají vhodnými pro senzoriku a biosenzoriku.

Rozvoj technologií pro energeticky účinné čipy: Další důležitým prvkem naší kompetence je vývoj technologií pro energeticky účinné čipy s důrazem na fotokatalýzu na čipech. Vzhledem k důležitosti fotokatalýzy a konkrétně procesu tvorby amoniaku, naše laboratoř vyvinula mokrochemické syntetické postupy pro přípravu nových nanostrukturovaných částic binárních kovových oxidů a vícesložkových slitin přechodových kovů, které slouží jako elektrokatalytické materiály. Pro popis reakční kinetiky spojené se stabilitou a účinností katalyzátoru pro redukci dusičnanů, který byl experimentálně identifikován, provádíme teoretické výpočty.

Tímto způsobem přispíváme k vývoji energeticky efektivních a udržitelných technologií v oblasti polovodičových čipů a fotokatalýzy, které mají potenciál posunout průmysl směrem k zelenější a udržitelnější budoucnosti.

Jaké máte vybavení pro výzkum v této oblasti?

Výzkumné centrum NTC disponuje komplexními možnostmi pro výzkum výše zmíněných technologií od přípravy nových materiálů, přes jejich charakterizaci, až k podložení získaných výsledků teoretickými výpočty.

Vzorky je možné připravovat chemickou cestou (CVD), magnetronovým naprašováním, napařováním nebo pomocí epitaxního růstu (MBE). K jejich charakterizaci jsou využívány přístroje jako rentgenový difraktometr (XRD), skenovací elektronový mikroskop (SEM), transmisní elektronový mikroskop (TEM), Ramanův spektrometr, Hallova sonda a další, které umožňují zkoumat jejich strukturu, optické a elektrické vlastnosti apod. Pro hlubší analýzu jejich chemického složení a elektronové struktury je používána fotoelektronová spektroskopie (XPS a SARPES).

Mimo uvedené přístroje se na pracovišti nachází i výpočetní clustery, díky kterým je možné získat unikátní kombinaci naměřených dat s teoretickými výpočty. Ty je možné použít k ověření získaných výsledků nebo doplnění vlastností, které nelze jednoduše změřit. Rovněž disponujeme rozsáhlou sítí spoluprací se špičkovými zahraničními i domácími pracovišti.

foto: NTC