Naukowcy tworzą pierwszy funkcjonalny półprzewodnik z grafenu (wideo)
Naukowcy z Georgia Institute of Technology twierdzą, że stworzyli “pierwszy na świecie funkcjonalny półprzewodnik wykonany z grafenu”. Stworzony przez nich grafen epitaksjalny jest kompatybilny z tradycyjnymi metodami produkcji mikroelektroniki, co czyni go realną alternatywą dla krzemu.
Eksperci technologiczni nieustannie wskazują na potrzebę zachowania możliwości wykorzystania Prawa Moore’a w produkcji elektroniki. Jednak jednym z kluczowych wyzwań stojących przed tymi, którzy napędzają przemysł półprzewodników, jest to, że fizyczne właściwości krzemu zbliżają się do swoich granic. Grafen, z drugiej strony, jest nieustannie reklamowany od czasu jego odkrycia w 2004 roku jako cudowny materiał mający rozwiązać wszystkie problemy związane z produkcją półprzewodników w przyszłości. Jednak próby jego wykorzystania nie doprowadziły jeszcze do żadnego znaczącego lub powszechnego przełomu technologicznego. Wydaje się jednak, że naukowcy z Georgia Institute of Technology poczynili znaczący krok naprzód w tym zakresie, łącząc oczyszczony epitaksjalny grafen z węglikiem krzemu w półprzewodniku.
Badania prowadzone są przez grupę naukowców z USA i Chin pod kierownictwem Waltera de Heera, profesora fizyki w Georgia Institute of Technology. De Heer pracuje nad technologiami grafenowymi 2D od początku XXI wieku.
“Motywowała nas nadzieja na wprowadzenie trzech szczególnych właściwości grafenu do elektroniki. Jest to niezwykle wytrzymały materiał, który może wytrzymać bardzo wysokie prądy bez nagrzewania się lub pękania” – komentuje naukowiec.
Jednak pomimo tych trzech właściwości, do tej pory brakowało kluczowej cechy półprzewodnika w materiałach na bazie grafenu. “Długotrwały problem w elektronice grafenowej polega na tym, że grafen nie ma odpowiedniej przerwy pasmowej i nie może włączać się i wyłączać, tj. przechodzić z jednego stanu do drugiego, w odpowiednim stosunku”, mówi specjalista ds. nanocząstek i nanosystemów dr Lei Ma, kolega de Heera z Międzynarodowego Centrum Uniwersytetu w Tianjin, który jest również współautorem pracy pt. de Heera z Międzynarodowego Centrum Uniwersytetu Tianjin, który jest również współautorem artykułu “Ultra-high mobility semiconductor epitaxial graphene on silicon carbide” opublikowanego w czasopiśmie Nature.
Naukowcy wyjaśniają, że odkryli sposób na hodowanie grafenu na waflach z węglika krzemu przy użyciu specjalnych pieców, co skutkuje epitaksjalnym grafenem połączonym z węglikiem krzemu. Według oficjalnego bloga Georgia Institute of Technology, udoskonalenie tego materiału zajęło dekadę. Jego obecne testy pokazują, że materiał półprzewodnikowy na bazie grafenu wykazuje dziesięciokrotnie większą mobilność elektronów niż krzem.
“Innymi słowy, elektrony w materiale poruszają się z bardzo niskim oporem, co w elektronice prowadzi do szybszych obliczeń” – wyjaśnia komunikat prasowy instytutu.
De Heer wyjaśnia atrakcyjne właściwości elektroniki opartej na grafenie w prostszy sposób: “To jak jazda autostradą zamiast szutrową drogą. Jest on [materiał na bazie grafenu] bardziej wydajny, nie nagrzewa się tak bardzo i pozwala elektronom osiągać większe prędkości”.
Według naukowców, ich epitaksjalny grafen w połączeniu z węglikiem krzemu jest znacznie lepszy niż jakiekolwiek inne półprzewodniki 2D w fazie rozwoju. Profesor de Heer opisał przełom swojej grupy w dziedzinie materiałów półprzewodnikowych jako “moment braci Wright” i podkreślił zgodność materiału z kwantowo-mechanicznymi właściwościami falowymi elektronów. Innymi słowy, może odegrać ważną rolę w przyszłych postępach w obliczeniach kwantowych.
