Táto technológia by mohla viesť k vývoju menších a rýchlejších zariadení, ako aj k novým objavom v oblasti kvantových výpočtov.
Grafénové zariadenie na čipe substrátu z karbidu kremíka. Zdroj: Georgia Institute of Technology
Niekde medzi vodivosťou vodičov a izolantov sa polovodiče stali nenahraditeľnou súčasťou modernej elektroniky. Takmer všetka elektronika v súčasnosti používa kremík ako polovodičový komponent. Lenže vzhľadom na rastúci dopyt po rýchlejšej výpočtovej technike a menších elektronických zariadeniach sa jeho využitie blíži k svojmu fyzickému limitu. Výrobcovia elektroniky preto intenzívne hľadajú nové materiály, s ktorými by mohli vyrábať efektívnejšiu elektroniku nového druhu.
Výskumný tím pod vedením profesora Waltera de Heera z Technickej univerzity v Georgii vyvinul prvý funkčný polovodič vyrobený z grafénu na svete. Objav, ktorý publikovali v časopise Nature, by mohol otvoriť dvere úplne novej, grafénovej elektronike.
Polovodičový epigrafén. Zdroj: Georgia Tech
Jednoduchý, no pritom prelomový grafén
Pred viac ako dvoma desaťročiami začal profesor de Heer skúmať, či by materiály na báze uhlíka mohli byť funkčne využiteľné ako polovodiče. Grafén, 2D vrstva atómov uhlíka pevne spojených v šesťhrannej mriežke, sa javil mnohým odborníkom ako zaujímavá možnosť, no mal jeden veľký problém.
Grafén bol podľa mnohých na vývoj elektroniky nepoužiteľný, lebo prirodzene nemá takzvaný zakázaný pás (z anglického band gap) – kľúčovú vlastnosť pre schopné polovodiče. V zakázanom páse nemôžu mať žiadne elektróny energiu z týchto intervalov.
Na vývoji grafénových polovodičov vedci usilovne pracovali kvôli ich robustnosti, vďaka ktorej dokážu zvládnuť silné prúdy bez prehrievania a rozpadu.
Vyvinuli efektívnejší materiál
Vo svojej prirodzenej forme nie je grafén ani polovodič, ani kov, ale polokov. Hlavnou otázkou vo výskume bolo, ako ho možno využiť, aby fungoval ako kremík. Na grafén umiestnili atómy, ktoré odovzdávajú elektróny. Je to technika nazývaná doping, ktorá sa používa na zistenie, či je materiál dobrým vodičom. Experiment fungoval bez poškodenia materiálu alebo jeho vlastností.
Prelom nastal vtedy, keď sa výskumníkom podarilo pomocou špeciálnych pecí vytvoriť grafén na doštičkách z kryštálu karbidu kremíka. Týmto spôsobom vytvorili polovodičový epigrafén (SEG, semiconducting epigraphene). Podľa slov profesora de Heera im vytvorenie funkčného prototypu trvalo desať rokov.
Merania tímu ukázali, že ich nový grafénový polovodič má desaťnásobne väčšiu mobilitu ako kremík. Inými slovami, elektróny sa pohybujú s veľmi nízkym odporom, čo v elektronike znamená rýchlejšie výpočty. SEG grafén má zakázaný pás so šírkou elektrónvoltov (0,6 eV).
Nový materiál je v súčasnosti jediným dvojrozmerným polovodičom, ktorý má všetky potrebné vlastnosti na použitie v nanoelektronike a ktorého vlastnosti sú oveľa lepšie ako vlastnosti iných 2D polovodičov v súčasnom vývoji.
Zdroj: Georgia Tech, TechnologyNetwork
(JM)
