Georgia Tech Tarafından Geliştirilen Yeni Bir Grafen Çipi Elektronikte Devrim Yaratabilir

[™ Admin]

Georgia Tech Tarafından Geliştirilen Yeni Bir Grafen Çipi Elektronikte Devrim Yaratabilir

Georgia Teknoloji Enstitüsü araştırmacıları, ilk operasyonel grafen bazlı çipi geliştirerek yarı iletken teknolojisinde büyük bir atılım gerçekleştirdi. Bu başarı, tüm modern elektronik cihazların temeli olan silikon çağının ötesinde bir geleceğe işaret ederek elektronik endüstrisini potansiyel olarak dönüştürebilir.

3 Ocak'ta Nature dergisinde yayınlanan ve Georgia Tech'ten fizik profesörü Walt de Heer'in öncülük ettiği çalışma, silisyum karbüre (SiC) bağlı bir karbon kristal yapısı olan epitaksiyel grafenin kullanılmasına odaklanıyor.

Yarı iletken epitaksiyel grafen (SEC) veya epigrafen olarak bilinen bu yeni yarı iletken malzeme, geleneksel silikonla karşılaştırıldığında gelişmiş elektron hareketliliğine sahiptir ve elektronların çok daha az dirençle hareket etmesini sağlar. Bunun sonucunda terahertz frekanslarında çalışabilen ve mevcut çiplerde bulunan silikon bazlı transistörlerden 10 kat daha hızlı hızlar sağlayan transistörler ortaya çıkıyor.

De Heer, kullanılan yöntemi 50 yılı aşkın süredir bilinen son derece basit bir tekniğin değiştirilmiş versiyonu olarak tanımlıyor. De Heer, "Silikon karbür 1000 °C'nin çok üzerine ısıtıldığında, silikon yüzeyden buharlaşır ve geride karbon açısından zengin bir yüzey kalır ve bu yüzey daha sonra grafene dönüşür" diyor de Heer.

De Heer, "Kullandığımız çiplerin maliyeti yaklaşık 10 dolar, potanın maliyeti yaklaşık 1 dolar ve kuvars tüpün maliyeti yaklaşık 10 dolar" dedi.

Onlarca yıldır asıl zorluk, grafenin şu anda tüm elektronik cihazlarımıza güç sağlayan yarı iletken silikon gibi çalışabilmesi için nasıl açılıp kapatılacağıydı. Ekip, silisyum karbür plakalar üzerinde grafenin nasıl büyütüleceğini bularak, uzun süredir aranan bant aralığına sahip olan, epitaksiyel grafen olarak bilinen şeyi geliştirdi.

De Heer, "Grafen nanoşeritlerle bazı başarılar elde edildi, ancak prensipte bu teknoloji, 30 yıllık nanotüp araştırmalarından sonra başarılı olamayan yarı iletken karbon-nanotüp teknolojisine çok benziyor" diyor.

Grafende bant aralığı oluşturmaya yönelik başka bir yaklaşım, malzemeye kırışıklıklar eklemeyi içerir. Mekanik deformasyonlar, 0,2 elektron volta kadar kanıtlanmış bant aralıklarıyla bir bant aralığının açılmasına neden olabilir. (Bağlam açısından silikonun bant aralığı 1,12 eV'dir ve bu oldukça büyüktür.) Sınırlı bant aralığı bu malzemelerin potansiyel uygulamalarına ilişkin soruları gündeme getiriyor ve hareketliliklerine ilişkin bilgi eksikliği durumu daha da karmaşık hale getiriyor.

De Heer, "Araştırmamız diğer yaklaşımlardan farklı çünkü hatasız, atomik olarak düz SiC terasları üzerinde geniş yarı iletken SEC alanları ürettik" diyor. "SiC, geleneksel mikroelektronik işleme yöntemleriyle tamamen uyumlu, son derece gelişmiş, kolayca bulunabilen bir elektronik malzemedir."

Bu başarının önemi, grafenin silikonunkinden 10 kat daha fazla olan üstün elektron hareketliliğiyle vurgulanmaktadır. Bu, daha küçük, daha hızlı ve daha verimli elektronik cihazların ortaya çıkmasına yol açabilir. Hareketlilik faktörü, de Heer'in benzettiği gibi, "çakıllı bir yolda araba kullanmak yerine otoyolda araba kullanmaya" benzer; elektron hareketi için çok daha verimli bir yol anlamına gelir ve böylece bilgi işlemde daha yüksek hızlara olanak tanır.

Referans makalelerinden birinde Albert Szent-Györgyi'nin alıntıladığı gibi, bu atılımın özünü özetleyen "İnovasyon, herkesin gördüğünü görmek ve kimsenin düşünmediğini düşünmektir". Araştırma ekibinin yenilikçi yaklaşımı, mevcut mikroelektronik süreçlerini tamamlayan bir yaklaşım olan yarı iletken özellikleri teşvik etmek için yüksek sıcaklıklar altında grafen yetiştirmeyi içeriyordu.

Yarı iletkenin özelliklerini belirlemek için olağan katkılama yöntemi kullanılırken, ekibin yaklaşımı malzemeye zarar vermemeye veya özelliklerinden ödün vermemeye dikkat etti. Etkileyici elektriksel özellikler sergileyen grafen yarı iletkeni, nanoelektronik için gerekli özelliklere sahip tek iki boyutlu yarı iletken olma özelliğini taşıyor.

Georgia Tech ekibi ileriye dönük olarak bunu sadece bilimsel bir başarı olarak değil, aynı zamanda elektronikte yeni bir çağa doğru atılan bir adım olarak görüyor. Bu noktaya gelen yolculuk uzun ve teknik zorluklarla dolu oldu. De Heer, teknolojinin vakum tüplerinden silikon transistörlere kadar artan ilerlemesiyle paralellikler kurarak, "Grafen elektroniği yapma motivasyonumuz uzun zamandır oradaydı ve gerisi sadece bunu gerçekleştirmekti" dedi.

Kaynak: TrendyDigest