Grafen, czyli jednoatomowej grubości warstwa grafitu, od kilku lat traktowany jest jako przyszłość mikroelektroniki, rewolucyjny materiał, który pozwoli na rozwój układów scalonych kiedy wyczerpią się fizyczne możliwości ulepszania struktur krzemowych (ewentualnie SiGe, czy materiałów III-V). Jeżeli ktoś zaczął interesować się mikroelektroniką przed odkryciem grafenu (a było to zaledwie 11 lat temu!), to na pewno pamięta, że wcześniej przez wiele lat rewolucji upatrywano w węglowych nanorurkach. Nie piszę tego złośliwie, wręcz przeciwnie. Najprostsza węglowa nanorurka to przecież tak naprawdę zwinięty w tubę… grafen.

Niestety. Jak dotąd, wcale nie jest tak łatwo uzyskać grafen. Obecnie na rynku znajduje się sporo konkurencyjnych technologii jego pozyskiwania, różnią się jednakże od siebie ceną, czystością i wielkością otrzymywanych połaci materiału. Przy tym największe węglowe płachty niekoniecznie muszą są najlepsze.

Okazuje się, że próby uzyskiwania elementów układów scalonych z dużych płacht grafenu napotykają na poważne ograniczenia. Chodzi o to, że nie znamy metod pozwalających na precyzyjne wycinanie w grafenie. Tradycyjnie stosowane w produkcji układów scalonych techniki fotolitograficzne pozostawiają niestety materiał z postrzępionymi krawędziami cięcia. A grafen, będący zwykle przewodnikiem, wykazuje niezbędne w elektronice właściwości półprzewodnika wyłącznie w postaci bardzo wąskich wstążek o idealnie równych krawędziach.

I tutaj wchodzi na scenę technologia opracowana przez uczonych z Argonne National Laboratory oraz University of Wisconsin. Jest to kolejna wariacja metody chemicznego osadzania z fazy gazowej (ang. chemical vapour deposition – CVD), jednak wprowadzająca ważne innowacje. Dzięki wykorzystaniu jako podłoża krystalicznego germanu oraz znacznemu zmniejszeniu tempa procesu, uzyskano cienkie i równe grafenowe wstęgi. Jak cienkie? Nawet poniżej 10 nm grubości. Jest to bardzo ważne nie tylko ze względu na gęstość upakowania układów scalonych, ale też dlatego, że im cieńsza węglowa wstążka, tym wyraźniejsza występuje w niej przerwa energetyczna (czyli tym bardziej zachowuje się jak typowy półprzewodnik, zamiast jak przewodnik).

Zanim zaczniemy świętować, pozwolę sobie tylko wspomnieć, że chociaż użyty jako podłoże german jest półprzewodnikiem, to żeby skonstruować z grafenu działające tranzystory, badacze musieli go jednak przenieść na krzem. Na razie nie udało się uzyskać grafenu na krzemie, ani na uchodzącym czasami za jego bezpośredniego następcę germanku krzemu, jednak wszystko jeszcze przed nami. Kolejną trudnością, którą trzeba będzie pokonać, jest konieczność bardzo dokładnego ułożenia elementów na układzie scalonym. Jednak oceniając dzieło naukowców z USA – precyzyjnie wykonane, cienkie wstęgi z grafenu – należy stwierdzić, że wykonano duży krok we właściwym kierunku.

[źródło i grafika: hackaday.com, nature.com]

promocja