Metode til at skabe enkelt-krystal arrays af grafen udviklet

(PhysOrg.com) - University of Houston forskere har udviklet en metode til at skabe enkelt-krystal arrays af materialet grafen, et fremskridt, der åbner mulighed for en erstatning for silicium i højtydende computere og elektronik. Arbejdet af UH-forskere og deres samarbejdspartnere er omtalt på forsiden af ​​juni-udgaven af Naturmaterialer .

Grafen er et et-atom-tykt lag af kulstof, der først blev fremstillet i 2004. Enkeltkrystal-arrays af materialet kunne bruges til at skabe en ny klasse af højhastighedstransistorer og integrerede kredsløb, der bruger mindre energi end siliciumelektronik, fordi grafen leder elektricitet med ringe modstand eller varmeudvikling.

Men industrien har brug for en pålidelig og fejlfri metode til fremstilling af store mængder enkeltkrystaller af grafen. Udviklingen rapporteret i Naturmaterialer markerer et skridt i retning af at perfektionere en sådan metode.

"Ved at bruge disse frø, vi kan dyrke en ordnet række af tusinder eller millioner af enkeltkrystaller af grafen, " sagde Qingkai Yu, avisens første forfatter. Yu udviklede enkeltkrystalvækstprocessen på UH Center for Advanced Materials (CAM), hvor han var videnskabelig adjunkt i elektro- og computerteknik.

"Vi håber, at industrien vil se på disse resultater og overveje de bestilte arrays som et muligt middel til at fremstille elektroniske enheder, " sagde Yu, som nu er assisterende professor ved Texas State University i San Marcos og fortsat er projektleder ved CAM.

Yu og Steven Pei, UH professor i el- og computerteknik og CAMs vicedirektør, opfandt grafenfrøvækstteknikken, som UH patenterede i 2010.

"Der er stadig lang vej igen. denne udvikling gør fremstillingen af ​​integrerede kredsløb med grafentransistorer mulig. Dette kan faktisk være den første levedygtige integrerede kredsløbsteknologi baseret på nanoelektronik, " sagde Pei.

Yong P. Chen, en assisterende professor i nanovidenskab og fysik ved Purdue University, var avisens medkorresponderende forfatter.

Hos CAM, enkelt-krystal grafen arrays blev dyrket oven på en kobberfolie inde i et kammer indeholdende metangas ved hjælp af en proces kaldet kemisk dampaflejring. Denne proces blev banebrydende af Yu på CAM i 2008 og er nu bredt accepteret som standardmetoden til at skabe grafenfilm med stort område til potentielle anvendelser i touch-skærme, e-bøger og solceller.

"Graphene er der ikke endnu, i form af masseproduktion af høj kvalitet som silicium, men dette er et meget vigtigt skridt i den retning, " sagde Chen, der ledede grafenkarakteriseringsindsatsen hos Purdue.

Ud over Yu og Pei, UH kandidatstuderende Wei Wu og Zhihua Su, postdoktorale forskere Zhihong Liu og Peng Peng og adjunkt Jiming Bao sammen med Chen og ni andre forskere fra Purdue University, Brookhaven National Laboratory, Argonne National Laboratories og Carl Zeiss SMT Inc. var medforfatter til papiret.

Sidste år, to videnskabsmænd modtog Nobelprisen i fysik for at opdage grafen. På det tidspunkt, Yu arbejdede hos CAM for at udvikle måder at producere massemængder af grafen af ​​høj kvalitet.

Resultaterne rapporteret i Naturmaterialer viste, at forskere kunne kontrollere væksten af ​​de ordnede arrays. Forskerne var også de første til at demonstrere de elektroniske egenskaber ved individuelle korngrænser.