Korak bliže čipom iz grafena

Dasiravno grafen že vse od njegovega odkritja pred dvajsetimi leti, za kar sta Andre Geim in Konstantin Novoselov leta 2010 prejela tudi Nobelovo nagrado, označujejo kot čudežni material, ima nekaj pomanjkljivosti. Resda je zelo trden, a hkrati upogljiv, električno prevoden, poceni in enostaven, kar pa za proizvodnjo elektronskih komponent še ni dovolj. Za čipe, kot jih poznamo danes, potrebujemo polprevodnike, ki imajo ustrezno mobilnost elektronov in širino prepovedanega pasu. Grafen tega nima.

Na Georgia Institute of Technology v Atlanti so v sodelovanju s kitajskimi kolegi iz Tianjina izdelali grafen, ki se obnaša kot polprevodnik, iz katerega bi bilo vsaj teoretično možno izdelati čipe. Kitajski in ameriški mediji dosežek slavijo kot ključno odkritje na področju grafena, ki ga bo pripeljalo v računalnike, a to še ni gotovo. Nedvomno pa gre za pomemben dosežek, o katerem pišejo v reviji Nature.

Raziskovalci so vzgojili grafen na monokristalu silicijevega karbida, čemur pravimo epitaksialni grafen. Da je pri izhlapevanju silicija iz silicijevega karbida na površini nastajajo grafenske plasti, je že znano. A te so bile doslej polne defektov, zato niso bile uporabne. Sedaj pa so z novo metodo kvaziravnotežnega pripenjanja ustvarili dobro urejeno plast grafena, ki ga imenujejo SEG (polprevodni epigrafen). Običajni epigrafen in vmesno plast so ustvarili z odparevanjem, kjer so s čipa SiC velikosti 3,5 mm x 4,5 mm v atmosferi iz argona (1 Ar) odparevali ogljik s takšno hitrostjo, da je nastajal grafen.

Njegova kristalna rešetka se ujema s kristalno rešetko silicijevega karbida - to je ena izmed ključnih prednosti epitaksialne rasti, hkrati pa je dovolj robustna, da omogoča fizično obdelavo. Kemično ima tak material prepovedani pas širine 0,6 eV in približno desetkrat višjo mobilnost elektronov kakor silicij. Prepovedani pas imenujemo področje med valenčnim pasom (kjer so elektroni vezani na "svoje" atome) in prevodnim pasom (kjer se elektroni prosto gibljejo po materialu). Prevodniki prepovedanega pasu nimajo, ker se valenčni in prevodni pas prekrivata, medtem ko imajo izolatorji tako velik prepovedani pas, da ne morejo prevajati električnega toka. Polprevodniki so nekje vmes, z dopiranjem ali drugimi manipulacijami pa lahko prepovedani pas prilagajamo - in dobimo tranzistorje. Ni rečeno, da bo SEG omogočil izdelavo čipov, so pa prvi rezultati obetavni.