Bliżej grafenowej elektroniki

Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles (UCLA) opracowano metodę pozyskiwania dużych płacht grafenu o niemal doskonałych właściwościach. Słowo "dużych" odnosi się oczywiście do skali nano, gdyż płachty te mają grubość 0,6 nanometra, a ich długość i szerokość wynoszą 20x40 mikrometrów. To największe dotychczas uzyskane płachty.

Profesor Yang Yang i jego zespół umieścili następnie swoje płachty na krzemowym podłożu i stworzyli z nich prototypowe tranzystory polowe. Po uzyskaniu co najmniej 50 takich tranzystorów naukowcy odkryli, że pracują one przy natężeniu kilku miliamperów. Stworzony przez nich grafen sprawuje się zatem około 1000-krotnie lepiej niż grafen produkowany za pomocą obecnie stosowanych metod. Sądzimy, że to zupełnie zmienia warunki gry i w przyszłości umożliwi nam stworzenie grafenowej elektroniki - mówi Yang.

Specjaliści wiążą z grafenem olbrzymie nadzieje. Elektrony wędrują w nim dziesiątki razy szybciej niż w krzemie, więc grafen może posłużyć do stworzenia mniejszych, szybszych i mniej energochłonnych podzespołów elektronicznych. Grafen może też zastąpić tlenek indowo-cynowy w elektrodach oraz krzem w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych.

Istnieje kilka metod pozyskiwania grafenu. Najprostsza to odrywanie grafenu od powierzchni grafitu za pomocą taśmy klejącej. Uzyskuje się w ten sposób niewielkie ilości grafenu w bardzo małych kawałkach. Tymczasem, aby móc zastosować grafen w elektronice, konieczne jest uzyskanie dużych jednorodnych płacht, którymi możnaby pokryć krzemowe podłoże. Wówczas grafen znajdzie zastosowanie w technikach litograficznych.

Przed dwoma laty opracowano sposób na pozyskiwanie większych niż dotąd kawałków grafenu. Najpierw utleniono grafit, a nastepnie rozpuszczono go w wodzie. Tlen doprowadzał do oderwania się od grafitu grafenowych płacht, które następnie były umieszczane na podłożu. Później za pomocą wysokiej temperatury lub środków chemicznych pozbywano się tlenu. W ten sposób uzyskiwano na podłożu grafenowe płachty o grubości 1-2 nanometrów i szerokości kilku centymetrów. Jednak przy takiej metodzie produkcji pomiędzy grafenem a podłożem pozostawało uwięzionych sporo atomów tlenu, co niekorzystnie wpływało na elektryczne właściwości grafenu.

Yang i jego grupa udoskonalili tę metodę. Utleniony grafit rozpuścili w hydrazynie. To z jednej strony pozwoliło na uzyskanie grafenowych płacht, a jednocześnie usunęło niemal wszystkie atomy tlenu. Następnie grafen został umieszczony na krzemie, chociaż można go też umieścić na podłożu elastycznym. Manish Chhowalla, autor wcześniejszej metody pozyskiwania grafenu, chwali naukowców z UCLA mówiąc, że najważniejszym ich osiągnięciem jest skuteczne usunięcie niemal wszystkich grup tlenowych.

Niemal wszystkich, gdyż uzyskali grafen o grubości 0,6 nanometra. Tymczasem czysty grafen ma grubość 0,34 nm. Wiadomo zatem, że część tlenu pozostała nieusunięta. To z kolei oznacza, że właściwości elektryczne uzyskanych podzespołów można jeszcze polepszyć.
Naukowcom z UCLA udało się jednolicie pokryć grafenem fragment krzemowego plastra o wymiarach 1,5x1,5 cm. Następnie umieścili tam złote elektrody, uzyskując tranzystory.

Osiągnęli więc sporo. Znacznie ulepszyli właściwości elektryczne grafenu i pokryli nim dużą powierzchnię. Dużo zostało jeszcze do zrobienia. Muszą znaleźć sposób na uzyskanie czystego grafenu o grubości 0,34 nanometra i opracować metodę, która pozwoli na jednolite pokrywanie nim co najmniej 12-calowych plastrów krzemowych. Dopóki im się to nie uda, przemysł elektroniczny nie będzie mógł wdrożyć ich wynalazku.

grafen krzem tranzystor