گرافین می‌ تواند آینده صنعت نیمه رسانا را متحول کند

در طی سال‌های گذشته، ابرماده‌ی گرافین، توجه بسیاری را به سوی خود جلب کرده است. اما جدیدترین پیشرفتی که به لطف گرافین حاصل شده است، توسعه‌ی راهکاری برای استفاده از این لایه‌ی تک اتمی قوی و فوق رسانای کربنی جهت ایجاد ماده‌ای دو بعدی است که می‌توان از آن در ساخت نسل بعدی لیزرها، قطعات الکترونیکی و حسگرها، استفاده کرد.

پژوهشگران و مهندسان مواد در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا برای نخستین بار و با استفاده از محصورسازی گرافین و بهره‌گیری از خواص الکترونیکی فوق‌العاده و استحکام این ماده، صفحه‌های دو بعدی گالیوم نیترید را توسعه داده‌اند.

گالیوم نیترید سه بعدی که به عنوان یک گاف‌باند نیمه‌رسانای عریض شناخته می‌شود، به دستگاه‌ها اجازه‌ی عملکرد در ولتاژ، دما یا فرکانس‌های بالاتری را نسبت به حالت استفاده از نیمه‌رساناهای معمول، می‌دهد. ساخت صفحات مسطح گالیوم نیترید که با بهره‌گیری از گرافین حاصل می‌شود، آن را به یک گاف‌باند نیمه‌رسانای فوق عریض با قابلیت‌های سوپرشارژ شده، بدل می‌کند.

به گفته‌ی پژوهشگران، ساخت نیمه‌رساناهای دوبعدی، طیف انرژی عملکردی را سه برابر می‌کند. این ماده‌‌ی مسطح که با گرافین پوشیده شده، در طیف‌های فرابنفش، مرئی و فروسرخ قادر به فعالیت است، ویژگی یاد شده، ماده‌ی جدید را به گزینه‌ای مناسب جهت استفاده در کاربردهایی مانند لیزر و دستگاه‌های الکتریکی - نوری دیگری می‌کند که قادر به ارسال نور یا بهره‌گیری از آن هستند.

زک بالوشی، دانشجوی دکتری و نویسنده‌ی اصلی مقاله‌‌ی منتشر شده در ژورنال Nature Materials، می‌گوید:

در طبیعت مجموعه‌ای از مواد دو بعدی موجود است، اما برای آنکه بتوانیم پا را فراتر از این بگذاریم، مجبور به تولید موادی هستیم که در طبیعت وجود ندارند. به طور معمول مواد جدیدی که توسعه داده می‌شوند، به شدت ناپایدار هستند. متدی که ما توسعه داده‌ایم، رشد محصور با جابجایی بهبود یافته (MEEG) نام دارد، این متد لایه‌ای از گرافین را برای کمک به رشد و پایدارسازی ساختار مقاومی از گالیوم نیترید دو بعدی، به کار می‌گیرد.

پژوهشگران پروسه‌ای را برای رشد دادن گرافین به کمک زیرلایه‌ای از سیلیکون کاربید به کار برده‌اند. این زیرلایه‌ سطح کاملا همواری را در تماس با ماده‌‌ای دیگر، ایجاد می‌کند.

جاشوا رابینسون، استادیار مهندسی مواد می‌گوید:

این یک نکته‌ی کلیدی است، چنانچه با روش مرسوم اقدام به رشد دادن این مواد کنید، گرافین بر روی سیلیکون کاربید به صورت یکنواخت و لایه‌ای رشد نخواهد کرد و به جای آن صرفا بخش‌های جدا از همی را شکل خواهید داد.

اتم‌های گالیوم برای قرارگیری در بین دو لایه‌ی گرافین اضافه می‌شوند و در نهایت برای آغاز شدن واکنش شیمیایی سازنده‌ی ورق‌های فوق باریک گالیوم نیترید محصور در گرافین، نیتروژن اضافه می‌شود.

به گفته‌ی پژوهشگران دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، علاوه‌بر باریکی فوق‌العاده‌ی ماده‌ی جدید، پروسه‌‌ی ساخت آن، ساختار کریستالی ماده را نیز تغییر می‌دهد. ساختار کریستالی جدید می‌تواند کاربردهای متنوعی را در صنعت الکترونیک به ارمغان آورد. یافته‌ی اخیر، به تعداد راهکارهایی که گرافین از طریق آنها می‌تواند در صنایع مختلف مانند باتری‌های بهتر، مواد پرکردنی دندان، میکروفن‌ها و حتی باتری دوچرخه‌ها، می‌افزاید.