Forskare har gjort en banbrytande upptäckt som potentiellt kan revolutionera elektronikens område. De har hittat ett sätt att producera halvledare med hjälp av grafen, ett material som länge har visat löfte om att överträffa kisel i elektronrörlighet. Tidigare försök att skapa högkvalitativa halvledare av grafen har varit misslyckade, vilket har lett forskare att utforska andra tvådimensionella material. Men den senaste genombrottet erbjuder en spelväxande lösning.
Grafen har en betydande fördel jämfört med kisel i elektronrörlighet. Men den saknar en viktig egenskap hos användbara halvledare: en ”bandgap”, en lucka mellan lågenergiband och högenergiband genom vilka elektroner kan passera. Detta är en av anledningarna till varför kiselkarbid (SiC)-komponenter är så populära i datorchips.
En grupp forskare vid Georgia Institute of Technology och Tianjin University hävdar att de har utvecklat en metod för att åtgärda detta problem. De har skapat ett lager av grafen på en kiselkarbid-substrat, vilket resulterar i en halvledare med en bandgap på 0,6 eV och hög elektronrörlighet vid rumstemperatur. Forskningen, som övervakades av fysikprofessor Walter de Heer, publicerades i den prestigefyllda vetenskapstidskriften Nature.
Forskarna uppnådde detta genombrott genom att använda en teknik som kallas ”quasi-jämviktsannellering”. Denna metod gjorde det möjligt för dem att producera högkvalitativt halvledande epigrafen (SEG), en typ av grafen, på kiselkarbid-substratet. Laget sandwichade två kiselkarbid-chips tillsammans, vilket fick kolatomer att överföras från kolytan till kiselytan. Detta skapade ett buffertskikt som bundits till kiselkarbidet och möjliggjorde produktionen av waferstorlek av enkristallin SEG.
Betydelsen av denna upptäckt är enorm. Hög elektronrörlighet i grafenbaserade halvledare kan leda till högpresterande transistorer som potentiellt kan ersätta kisel i elektroniska enheter, inklusive processorchips. Forskarna föreställer sig till och med monolitiska enheter där halvledande grafen sömlöst ansluter till konventionell halvmetallisk grafen, vilket minskar motståndet inom enheten och möjliggör användningen av elektronvågegenskaper, vilket skulle vara ett betydande genombrott inom elektronik.
Förutom elektroniktillämpningar visar grafen också löfte inom komponenter som använder terahertzfrekvenser. Få andra material kan uppnå detta, vilket gör grafen till en potentiell kandidat för framtida kommunikationsteknologier, som till exempel 6G.
Även om forskarna är angelägna om att skala upp produktionen av SEG för kommersiell genomförbarhet, erkänner de att det kan ta tid för grafenbaserade halvledare att utvecklas helt. Men denna banbrytande upptäckt representerar en betydande framsteg i strävan efter avancerade och högpresterande elektronmaterial. Potentialen för grafenbaserade halvledare att inleda en ny era av elektronik är enorm, och ytterligare forskning och utveckling inom detta område väntas ivrigt.
The source of the article is from the blog radiohotmusic.it