ترانزیستورهای گرافینی جایگزین ترانزیستورهای فعلی خواهند شد؟
ویکی پدیا در مورد این ماده منحصر به فرد می گوید: «گرافین (به انگلیسی: Graphene) نام یکی از آلوتروپ‌های کربن است. گرافین ساختار دو بعدی از یک لایه منفرد شبکه لانه زنبوری کربنی می باشد. این ماده به علت داشتن خواص فوق العاده در رسانندگی الکتریکی و رسانندگی گرمایی، چگالی بالا و تحرک پذیری حامل‌های بار، رسانندگی اپتیکی و خواص مکانیکی به ماده‌ای منحصربفرد تبدیل شده است. این سامانه جدید حالت جامد به واسطه این خواص فوق العاده به عنوان کاندید بسیار مناسب برای جایگزینی سیلیکون در نسل بعدی قطعه‌های فوتونیکی و الکترونیکی در نظر گرفته شده است. از این رو توجه کم سابقه‌ای را در تحقیقات بنیادی و کاربردی به خود جلب کرده است.»
گرافین تک اتمی کربن که اولین بار در سال 2004 کشف شد، با داشتن خواص الکترونیکی می تواند به خوبی در مدارهای یکپارچه مورد استفاده قرار بگیرد. این مسئله به خاطر این رخ می دهد که الکترون ها می توانند با سرعت بیشتری نسبت به سیلیکون در گرافین حرکت کنند. اما حتی بهترین ترانزیستورهای گرافینی را هم نمی توان در مدارها استفاده کرد چرا که یکی از خواص نیمه رساناها به نام "نوار ممنوعه" را کم دارند. نوار ممنوعه خاصیتی دارد که به ترانزیستورها اجازه می دهد تا با توجه به میزان جریان عبوری از آنها قطع و یا وصل شوند. اما ترانزیستورهای گرافینی تفاوت بسیار کمی بین میزان جریان عبوری برای انجام عملیات قطع یا وصل قائل هستند. همین مسئله باعث می شود تا میزان قابل توجهی از جریان در زمان قطع جریان از مدار نشت کند.
آزمایشاتی که اخیراً صورت پذیرفته نشان می دهد که تراشه های گرافینی با عرضی کمتر از 10 نانومتر خواص نوار ممنوعه را از خود نشان می دهند. البته باید اذعان کرد که ترکیب ساختاری این قطعات گرافینی کوچک و قرار دادن آنها در مناطق مورد نظر در یک مدار الکترونیکی کار بسیار دشواری است. اما مهندسان شیمی در دانشگاه استنفورد توانسته اند این نانوتراشه ها را مستقیماً در قرص های سیلیکونی جای دهند. این گروه مهندسان که توسط "خانم ژنان بائو" رهبری می شوند با استفاده از دی ان ای این کار را انجام داده اند.
آنها با ترکیب لایه های پوشیده شده از سیلیکون و حلالی که حاوی دسته های استاندارد دی ان ای بودند این کار را انجام دادند. این روند منجر به ایجاد دسته های دی ان ای شد که 20 میکرومتر طول داشتند و روی لایه های سیلیکونی شکل گرفته بودند. محققان پس از این مرحله با استفاده از یون های مس، دی ان ای را برانگیختند و با استفاده از گازهای متان و هیدروژن گرما دادند. در نهایت تراشه های گرافین با عرضی کمتر از 10 نانومتر از کربن هایی که در معرض متان و دی ان ای قرار داشتند شکل گرفتند.
با این کار، این گروه تحقیقاتی نشان داد که تراشه های گرافینی را می توان در ترانزیستورها به کار بست. البته باید کار بیشتری برای عملی کردن و ساخت انبوه این نوع ترانزیستورها انجام داد.
«جیمز تور» استاد شیمی در دانشگاه رایس می گوید این روش بسیار هوشمندانه است:
با استفاده از گرافین می توان ترانزیستورهایی را تولید کرد که الکترون ها با سرعت بالایی در آن جابه جا شوند. همین امر می تواند در نهایت منجر به عملکرد پرسرعت دستگاه های الکترونیکی شود. باید منتظر بود و دید که محققان می توانند ترانزیستورهای گرافینی را جایگزین ترانزیستورهای فعلی کنند یا نه.
نظرات