Næste generations enheder får et løft fra forskning i grafen

(PhysOrg.com) - Forskere i Electro-Optics Center (EOC) Materials Division i Penn State har produceret 100 mm diameter grafen wafers, en vigtig milepæl i udviklingen af ​​grafen til næste generations højeffekt, højfrekvente elektroniske enheder.

Grafen er den todimensionelle form for grafit og består af tæt bundne carbonatomer i et sekskantet arrangement, der ligner hønsenet. Takket være en elektrons evne til at bevæge sig med 1/300 af lysets hastighed gennem grafen (betydeligt hurtigere end silicium), grafen er et kandidatmateriale til mange højhastighedsdatabehandlingsapplikationer i halvlederenhedsindustrien, der koster flere milliarder dollar.

Penn State EOC er et førende center for syntese af grafenmaterialer og grafenbaserede enheder. Ved at bruge en proces kaldet siliciumsublimering, EOC-forskerne David Snyder og Randy Cavalero behandlede termisk siliciumcarbidskiver i en højtemperaturovn, indtil siliciumet migrerede væk fra overfladen, efterlod et lag kulstof, der blev dannet til en et- til to-atom-tyk film af grafen på waferoverfladen. EOC-skiverne var 100 mm i diameter, den største diameter, der er kommercielt tilgængelig for siliciumcarbid wafers, og oversteg den tidligere demonstration på 50 mm.

Ifølge EOC-materialeforsker Joshua Robinson, Penn State er i øjeblikket ved at fremstille felteffekttransistorer på 100 mm grafenskiverne og vil påbegynde test af transistorydelse i begyndelsen af ​​2010. Et yderligere mål er at forbedre hastigheden af ​​elektroner i grafen fremstillet af siliciumcarbidskiver til tættere på den teoretiske hastighed. cirka 100 gange hurtigere end silicium. Det vil kræve forbedringer i materialekvaliteten, siger Robinson, men teknologien er ny, og der er masser af plads til forbedringer i behandlingen.

Ud over siliciumsublimering, EOC-forskere Joshua Robinson, Mark Fanton, Brian Weiland, Kathleen Trumbull og Michael LaBella udvikler syntese og enhedsfremstilling af grafen på silicium som et middel til at opnå waferdiametre på over 200 mm, en nødvendighed for at integrere grafen i den eksisterende halvlederindustri. Med støtte fra Naval Surface Warfare Center i Crane, Ind., EOC-forskere fokuserer i første omgang på grafenmaterialer for at forbedre transistorydelsen i forskellige radiofrekvensanvendelser (RF).

Med sin bemærkelsesværdige fysiske, kemiske og strukturelle egenskaber, grafen bliver undersøgt verden over for elektronik, skærme, solceller, sensorer, og brintlagring. Grafen har potentialet til at muliggøre terahertz computing, ved processorhastigheder 100 til 1, 000 gange hurtigere end silicium. For et materiale, der først blev isoleret for kun fem år siden, grafen er ved at komme hurtigt i gang.