Forskere stræber efter at erstatte silicium med grafen på nanokredsløb

(PhysOrg.com) - Forskere har gjort et gennembrud i retning af at skabe nanokredsløb på grafen, bredt anset for at være den mest lovende kandidat til at erstatte silicium som byggesten i transistorer. De har udtænkt en enkel og hurtig et-trins proces til at skabe nanotråde, tuning af de elektroniske egenskaber af reduceret grafenoxid og derved lade det skifte fra at være et isolerende materiale til et ledende materiale.

Teknikken arbejder med flere former for grafen og er klar til at blive et vigtigt fund for udviklingen af ​​grafenelektronik. Forskningen vises i juni 11, 2010, udgave af tidsskriftet Videnskab .

Forskere, der arbejder med nanokredsløb, er begejstrede for grafen, fordi elektroner mødes med mindre modstand, når de bevæger sig langs grafen sammenlignet med silicium, og fordi nutidens siliciumtransistorer er næsten så små, som fysikkens love tillader. Grafen har også kanten på grund af dets tykkelse – det er en kulstofplade, der er et enkelt atom tyk. Mens grafen nanoelektronik kunne være hurtigere og forbruger mindre strøm end silicium, ingen vidste, hvordan man fremstillede grafen nanostrukturer på en sådan reproducerbar eller skalerbar metode. Det er indtil nu.

"Vi har vist, at ved lokalt at opvarme isolerende grafenoxid, både flager og epitaksiale varianter, med en atomkraftmikroskopspids, vi kan skrive nanotråde med dimensioner ned til 12 nanometer. Og vi kan indstille deres elektroniske egenskaber til at være op til fire størrelsesordener mere ledende. Vi har ikke set tegn på spidsslid eller prøverivning, " sagde Elisa Riedo, lektor ved School of Physics ved Georgia Institute of Technology.

På makroskalaen, ledningsevnen af ​​grafenoxid kan ændres fra et isolerende materiale til et mere ledende grafen-lignende materiale ved hjælp af store ovne. Nu, forskerholdet brugte TCNL til at øge temperaturen af ​​reduceret grafenoxid på nanoskala, så de kan tegne grafenlignende nanokredsløb. De fandt ud af, at når det nåede 130 grader celsius, det reducerede grafenoxid begyndte at blive mere ledende.

"Så det smukke ved dette er, at vi har udtænkt en enkel, robust og reproducerbar teknik, der gør os i stand til at ændre en isolerende prøve til en ledende nanotråd. Disse egenskaber er kendetegnende for en produktiv teknologi, " sagde Paul Sheehan, leder af Surface Nanoscience and Sensor Technology Section ved Naval Research Laboratory i Washington, D.C.

Forskerholdet testede to typer grafenoxid - en lavet af siliciumcarbid, den anden med grafitpulver.

"Jeg tror, ​​der er tre ting ved denne undersøgelse, der gør, at den skiller sig ud, " sagde William P. King, lektor i Mechanical Science and Engineering-afdelingen ved University of Illinois i Urbana-Champaign. "Først, er, at hele processen foregår i ét trin. Du går fra isolerende grafenoxid til et funktionelt elektronisk materiale ved blot at anvende en nanovarmer. Sekund, vi tror, ​​at enhver form for grafen vil opføre sig på denne måde. Tredje, skrivningen er en ekstrem hurtig teknik. Disse nanostrukturer kan syntetiseres i så høj en hastighed, at tilgangen kan være meget nyttig for ingeniører, der ønsker at lave nanokredsløb."

"Dette projekt er et glimrende eksempel på de nye teknologier, som epitaksial grafenelektronik muliggør, " sagde Walt de Heer, Regent's Professor i Georgia Tech's School of Physics og den oprindelige fortaler for epitaksial grafen i elektronik. Hans undersøgelse førte til etableringen af ​​Materials Research Science and Engineering Center for to år siden. "Den simple konvertering fra grafenoxid til grafen er en vigtig og hurtig metode til at fremstille ledende ledninger. Denne metode kan ikke kun bruges til fleksibel elektronik, men det er muligt, engang i fremtiden, at de biokompatible grafenledninger kan bruges til at måle elektriske signaler fra enkelte biologiske celler."