ارائه پلتفرمی جدید مبتنی بر گرافن برای جایگزینی سیلیکون صنعت نانوالکترونیک

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما؛ یکی از اهداف در زمینه نانوالکترونیک، یافتن ماده‌ای است که می‌تواند جایگزین سیلیکون شود. گرافن طی سال‌های گذشته گزینه ای امیدوارکننده به نظر رسیده است. اما پتانسیل آن به دلیل آسیب رساندن به روش‌های پردازش و نبود الگوی جدید الکترونیک برای پذیرش آن، در مسیر کاهش قرار گرفته است. اکنون بیش از هر زمان دیگری به یک پلتفرم جدید مبتنی بر نانوالکترونیک نیاز است.

والتر دو هیر، دانشکده فیزیک در انستیتوی فناوری جورجیا، گامی مهم در پیشبرد این پرونده برای یافتن جانشین سیلیکون برداشته است. دو هیر و همکارانش یک بستر جدید نانوالکترونیک بر اساس گرافن ایجاد کرده‌اند. این فناوری با صنعت میکروالکترونیک رایج سازگار است.

در جریان تحقیقات خود این تیم ساختار جدیدی را کشف کرده است. کشف آن‌ها می‌تواند منجر به تولید تراشه‌های کوچکتر، سریع‌تر، کارآمدتر و پایدارتر شود و پیامد‌های بالقوه‌ای برای محاسبات کوانتومی با کارایی بالا داشته باشد.

دو هیر گفت: «قدرت گرافن در ساختار مسطح و دو بعدی آن نهفته است که توسط قوی‌ترین پیوند‌های شیمیایی شناخته شده در کنار هم قرار می‌گیرد. از ابتدا مشخص بود که گرافن می‌تواند به مراتب بیشتر از سیلیکون کوچک‌سازی شود و تراشه گرافنی نسبت به سیلیکونی ابعاد کوچکتر خواهد داشت.»

در سال ۲۰۰۱، دو هیر یک شکل جایگزین بر اساس گرافن اپیتاکسیال، یا اپیگرافن (Epigraphene) پیشنهاد کرد، لایه‌ای از گرافن که به طور خودبه‌خود در بالای کریستال کاربید سیلیکون شکل می‌گیرد. در آن زمان، محققان دریافتند که جریان‌های الکتریکی بدون مقاومت در امتداد لبه‌های اپیگرافن وجود دارد و دستگاه‌های گرافنی می‌توانند بدون سیم فلزی یکپارچه به هم پیوسته باشند.

دو هیر گفت: «تداخل کوانتومی در نانولوله‌های کربنی در دما‌های پایین مشاهده شده است و ما انتظار داریم که آثار مشابهی را در روبان‌ها و شبکه‌های اپیگرافن مشاهده کنیم. این ویژگی مهم گرافن با سیلیکون امکان‌پذیر نیست.»

برای ایجاد بستر جدید نانوالکترونیک، محققان یک شکل اصلاح شده از اپیگرافن را بر روی یک بستر کریستال کاربید سیلیکون ایجاد کردند. آن‌ها با همکاری محققان در در دانشگاه تیانجین، تراشه‌های کاربید سیلیکون منحصر به فرد را از کریستال‌های کاربید سیلیکون با درجه الکترونیک تولید کردند.

محققان از لیتوگرافی پرتو الکترونی، روشی که معمولاً در میکروالکترونیک استفاده می‌شود، برای حک کردن نانوساختار‌های گرافن استفاده کرده و لبه‌های آن‌ها را به تراشه‌های کاربید سیلیکون جوش دادند. این فرآیند به صورت مکانیکی لبه‌های گرافن را تثبیت می‌کند، که در غیر این صورت با اکسیژن و سایر گاز‌هایی که ممکن است در حرکت بار‌های در امتداد لبه تداخل داشته باشند، واکنش نشان می‌دهد.

سرانجام، برای اندازه‌گیری خصوصیات الکترونیکی گرافن خود، این تیم از دستگاه کرایوژنیک استفاده کرد که به آن‌ها امکان می‌دهد خواص ماده مورد نظر را از دمای تقریباً صفر تا دمای اتاق بررسی کنند.