Hvad kan der ske, når grafen møder en halvleder

På trods af løftet om grafen som materiale til næste generations elektronik og kvantecomputere, videnskabsmænd ved stadig ikke nok om denne højtydende leder til effektivt at kontrollere en elektrisk strøm.

grafen, et et-atom-tykt lag kulstof, leder elektricitet så effektivt, at elektronerne er svære at kontrollere. Og kontrol vil være nødvendig, før dette vidundermateriale kan bruges til at lave nanoskala transistorer eller andre enheder.

En ny undersøgelse foretaget af en forskergruppe ved University of Wisconsin-Milwaukee (UWM) vil hjælpe. Gruppen har identificeret nye egenskaber ved elektrontransport i et todimensionalt ark med grafen lagdelt oven på en halvleder.

Forskerne viste, at når elektroner omdirigeres ved grænsefladen mellem grafen og dets halvledende substrat, de støder på det, der er kendt som en Schottky-barriere. Hvis det er dybt nok, elektroner passerer ikke, medmindre det rettes ved at anvende et elektrisk felt - en lovende mekanisme til at tænde og slukke for en grafenbaseret enhed.

Gruppen fandt også, imidlertid, en anden egenskab ved grafen, der påvirker højden af ​​barrieren. Iboende krusninger dannes på grafen, når det placeres oven på en halvleder.

Forskergruppen, ledet af Lian Li og Michael Weinert, UWM professorer i fysik, og Lis kandidatstuderende Shivani Rajput, gennemførte deres forsøg med halvlederen siliciumcarbid. Resultaterne blev offentliggjort i 21. november-udgaven af Naturkommunikation .

Krusningerne er analoge med bølgerne på et ark papir, der er blevet fugtet og derefter tørret. Bortset fra i dette tilfælde, bemærker Weinert, tykkelsen af ​​arket er mindre end en nanometer (en milliardtedel af en meter).

"Vores undersøgelse siger, at krusninger påvirker barrierehøjden, og selvom der er en lille variation i den, resultaterne vil være en stor ændring i elektrontransporten, " siger Li.

Barrieren skal have samme højde over hele arket for at sikre, at strømmen enten er tændt eller slukket, tilføjer han.

"Dette er en advarende fortælling, " siger Weinert, hvis beregninger gav den teoretiske analyse. "Hvis du vil bruge grafen til elektronik, du vil støde på dette fænomen, som du bliver nødt til at konstruere omkring."

Med flere forhold, der påvirker barrieren, mere arbejde er nødvendigt for at bestemme, hvilke halvledere der ville være bedst egnede til at konstruere en transistor med grafen.

Arbejdet byder også på muligheder. Evnen til at kontrollere de forhold, der påvirker barrieren, vil tillade ledning i tre dimensioner, frem for langs et simpelt fly. Denne 3D-ledning vil være nødvendig for forskere til at skabe mere komplicerede nano-enheder, siger Weinert.