پژوهشگران موسسه فناوری جورجیا با ساخت ساختارهای گرافنی روی پله‌های نانومتری حک شده روی کاربید سیلیکون، توانستند یک باندگپ الکترونیکی قابل توجه ایجاد کنند.
الکترونیک گرافنی با کمک کاربید سیلیکون الگودار
با ساخت ساختارهای گرافنی روی «پله‌های» نانومتری حک شده روی کاربید سیلیکون، پژوهشگران موسسه فناوری جورجیا توانستند برای اولین بار در ماده‌ای که برای الکترونیک دمای اتاق مناسب است، یک باندگپ الکترونیکی قابل توجه ایجاد کنند. استفاده از توپوگرافی نانومقیاس برای کنترل خواص گرافن می‌تواند در ساخت ترانزیستورها و سایر افزاره‌ها تسهیل ایجاد کند و راه را برای توسعه مدارهای مجتمع تماما کربنی باز نماید.
این پژوهشگران یک باندگپ با اندازه تقریبی نیم الکترون- ولت در قسمت‌های خمیده یک و چهاردهم نانومتری نانوروبان‌های گرافنی اندازه‌گیری کردند. این پیشرفت می‌تواند راه جدیدی بسوی الکترونیک گرافنی بگشاید.
این پژوهشگران هنوز نفهمیده‌اند که چرا نانوروبان گرافنی بهنگام خم شدن برای ورود به کانال‌های ریز، با عمق تقریبی ۲۰ نانومتر، ایجاد شده در ویفر کاربید سیلیکون تبدیل به نیمه‌رسانا می‌شوند. آنها فکر می‌کنند که کرنش ایجاد شده در خمش شبکه کربنی به همراه حبس الکترون‌ها می‌توانند عوامل ایجاد این باندگپ باشند.
چیدمان آزمایشگاهی برای اندازه‌گیری گرافن در کانال‌های کاربید سیلیکون. این پژوهش نشانگر یک باندگپ الکترونیکی قابل توجه در این ماده است.
تولید ساختارهای گرافنی نیمه‌رسانا با استفاده از باریکه‌های الکترونی برای حفر کانال در ویفرهای کاربید سیلیکونی صیقلی شروع می‌شود. با استفاده از فوتولیتوگرافی ده‌ها هزار روبان گرافنی در عرض این پله‌ها در یک کوره دمای بالا رشد می‌کنند.
لبه‌های تیز کانال‌ها در حین رشد صاف‌تر می‌شوند. بنابراین باید زمان رشد به دقت کنترل شود تا مانع از ذوب بیش از حد برجستگی‌های باریک کاربید سیلیکون گردد. همچنین باید ساخت گرافن در یک جهت خاص کنترل شود تا شبکه اتم کربن در جهت «آرمچیر» ماده رشد کند.
این تکنیک جدید نه تنها اجازه خلق باندگپ در این ماده بلکه ساخت مدارهای مجتمع کاملا گرافنی بدون نیاز به سطوح مشترکی که مقاومت‌زا هستند، را می‌دهد. در هر طرف قسمت نیمه‌رسانای گرافن، نانوروبان خواص فلزی خود را حفظ می‌کند.
تصویر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) از کانال‌های گرافیته با عمق ۱۸ نانومتر. نانوروبان‌های گرافنی رشد یافته در عرض این کانال‌ها دارای باندگپ الکترونیکی هستند.
این پژوهشگران به سرپرستی ادوارد کونراد با رشد گرافن پایین یک لبه کانال و سپس بالای طرف دیگرش، توانستند دو سد شاتکی (یک عنصر بنیادی در افزاره‌های نیمه‌رسانا) متصل تولید کنند. آنها مشغول کار برای ساخت ترانزیستورهایی بر اساس کشف خود هستند.
کونراد گفت: «شما می‌توانید انرژی و جهت الکترون‌هایی را که بیرون می‌آیند اندازه‌گیری کنید، با این اطلاعات می‌توانید اطلاعاتی در مورد ساختار الکترونی نانوروبان‌ها بدست آورید.»
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Physics منتشر کرده‌اند.
