Bilim insanları, çalışan ilk grafen yarı iletken malzemeyi üretti: Grafen silikonun yerini alacak mı?

Georgia Tech Üniversitesi araştırmacıları dünyanın grafenden yapılmış ilk işlevsel yarı iletkenini ürettiklerini açıkladı. Daha da önemlisi, araştırma ekibi, epitaksiyel grafeninin geleneksel mikroelektronik işleme yöntemleriyle uyumlu olduğunu, dolayısıyla geliştirdikleri çipin gerçek bir silikon alternatifi olduğu iddia ediyor. Üstelik bu yeni teknoloji gelecekte kuantum hesaplama için kullanılabilme potansiyeli taşıyor.

Yarı iletken teknolojisindeki en büyük sorunlardan biri silikonun sınırlarına ulaılmaya başlanması. Grafen, 2004’deki keşfinden bu yana sürekli harika malzeme olarak lanse ediliyor. Buna rağmen, henüz herhangi bir önemli veya geniş çapta benimsenen teknolojik atılıma aracılık edemedi. Ancak Georgia Teknoloji Enstitüsü araştırmacıları, silisyum karbüre bağlı rafine epitaksiyel grafen ile önemli bir keşifte bulundu.

Bu noktaya gelmek için, Georgia Tech’te Fizik Profesörü olan Dr. Walter de Heer, Atlanta ve Çin’in Tianjin kentinde bulunan bir araştırmacı ekibine liderlik etti. Profesör 2000’li yılların başından beri 2 boyutlu grafen üzerinde çalışıyor.

Profesör de Heer, grafen ile ilgili şunları söylüyor: “Grafenin üç özel niteliği bizi motive etti. Grafen, çok yüksek akımları kaldırabilen ve bunu ısınmadan ve parçalanmadan yapabilen son derece sağlam bir malzeme.” Bu üç özelliğe rağmen, şimdiye kadar grafen bazlı malzemelerde önemli bir yarı iletken özelliği yoktu. De Heer’in Çin’deki Tianjin Üniversitesi’ndeki Tianjin Uluslararası Nanopartiküller ve Nanosistemler Merkezi’nin kurucu ortağı Dr. Lei Ma,“Grafen elektroniğinde uzun süredir devam eden sorun, grafenin doğru bant aralığına sahip olmaması ve doğru oranda açılıp kapanamamasıdır. Yıllar boyunca pek çok kişi bunu çeşitli yöntemlerle çözmeye çalıştı. Teknolojimiz bant boşluğunu sağlıyor, bu, grafen bazlı elektroniklerin gerçekleştirilmesinde çok önemli bir adım.” dedi.

De Heer ve meslektaşları bunu, özel fırınlar kullanarak silisyum karbür levhalar üzerinde grafen yetiştirmeye yönelik bir yöntem icat ederek başardı. Sonuç olarak, silisyum karbürün kristal yüzüne yapışan tek bir katman olan epitaksiyel grafen oluştu. Araştırmacılar, kapsamlı testlerden sonra epitaksiyel grafenin kimyasal olarak silisyum karbüre bağlandığını ve yarı iletken özellikler gösterdiğini kanıtladı. Bilim insanları ayrıca malzemenin iletkenliğini test etmek için doping adı verilen bir teknik kullandı. 

Silikondan on kat daha fazla hareketliliğe sahip

Georgia Tech bloguna göre bu materyali mükemmelleştirmek on yıl sürdü. Artık testler, grafen bazlı yarı iletken malzemenin silikondan on kat daha fazla hareketliliğe sahip olduğunu gösteriyor.  Araştırma kuruluşunun blogu şöyle açıklıyor: “Başka bir deyişle, elektronlar çok düşük dirençle hareket ediyor, bu da elektronikte daha hızlı işlem anlamına geliyor.”

De Heer, yeni geliştirdikleri malzeme hakkında şunları söylüyor: “Çakıllı bir yolda araba kullanmakla otoyolda araba kullanmak gibi. Daha verimli, fazla ısınmıyor ve elektronların daha hızlı hareket edebilmesi için daha yüksek hızlara izin veriyor.”

Georgia Tech araştırma ekibine göre silisyum karbüre bağlı epitaksiyel grafen, geliştirilmekte olan diğer 2 boyutlu yarı iletkenlerden çok daha üstün. Profesör de Heer, bu atılımı “Wright kardeşler anı” olarak nitelendirdi. Aynı zamanda malzemenin, elektronların kuantum mekanik dalga özellikleriyle uyumluluğunun altını çizdi. Bu da kuantum hesaplamada gelecekteki ilerlemeler için faydalı olabileceği anlamına geliyor.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir