جایگزینی سیلیکون با کربن در مدارهای الکترونیکی

محققان پرینستون با پشت سر گذاشتن سیلیکون که ماده معمول مورد استفاده در ساخت تراشه‌ها به مدت چندین دهه بوده است، روش جدیدی برای جایگزینی این ماده با کربن روی سطوح بزرگ توسعه داده‌اند؛ این پیشرفت می‌تواند منجر به تولید نسل جدید گوشی‌های تلفن همراه، رایانه‌ها، و قطعات الکترونیکی قدرتمندتر و سریع‌تر شود.

محققان پرینستون با پشت سر گذاشتن سیلیکون که ماده معمول مورد استفاده
در ساخت تراشه‌ها به مدت چندین دهه بوده است، روش جدیدی برای جایگزینی این
ماده با کربن روی سطوح بزرگ توسعه داده‌اند؛ این پیشرفت می‌تواند منجر به
تولید نسل جدید گوشی‌های تلفن همراه، رایانه‌ها، و قطعات الکترونیکی
قدرتمندتر و سریع‌تر شود.

استفان چو استاد مهندسی برق می‌گوید صنعت الکترونیک از قابلیت‌های سیلیکون
بهره برده و آن را به محدوده نهایی خود نزدیک کرده است؛ یکی از مواد
جایگزین برای سیلیکون، کربن است. ماده‌ای به نام گرافن (یک تک‌لایه از اتم‌های
کربن که به شکل شبکه یک شانه عسل آرایش یافته‌اند) می‌تواند اطلاعات را ۱۰
برابر سریع‌تر پردازش کرده و امواج رادیویی را ۱۰ برابر سریع‌تر از
ابزارهای مبتنی بر سیلیکون منتقل نماید.

با این حال تاکنون انتقال از سیلیکون به کربن امکان‌پذیر نشده است، زیرا
متخصصان فناوری بر این باور بودند که برای تولید تراشه‌ها با استفاده از
گرافن، باید این ماده به همان شکل سیلیکون باشد: یک تک‌بلور از ماده با عرض
۸ تا ۱۲ اینچ. بزرگ‌ترین ورقه‌های تک‌بلور گرافنی که تاکنون ساخته شده‌اند،
عریض‌تر ا دو میلیمتر نبوده‌اند که برای تولید یک تراشه نیز کافی نمی‌باشد.

چو و همکاران وی دریافته‌اند تا زمانی که بتوانند بلورهای کوچک گرافن را در
مناطق فعال یک تراشه قرار دهند، نیازی به ویفر گرافنی بزرگ ندارند. آنها
برای رسیدن به این هدف روش جدیدی توسعه داده و با ایجاد ترانزیستورهای
گرافنی با عملکرد بالا کارایی روش خود را ثابت کردند.

چو گفت: «راهکار ما این است که به صورت کامل روش‌های قدیمی که در صنعت برای
تولید مدارات یکپارچه سیلیکونی استفاده شده است، رها کنیم».
چو همراه با ژیائونگ لیانگ (دانشجوی تحصیلات تکمیلی) و زنگلی فو (مهندس
مواد) یافته‌های خود را در شماره دسامبر ۲۰۰۷ مجله Nano Letters منتشر
نمودند. بخشی از هزینه این تحقیق توسط دفتر تحقیقات نیروی دریایی امریکا
تأمین شده است.

این محققان در روش جدید خود یک مهرساختند که از آرایه‌ای از برجستگی‌های
کوچک با انتهای مسطح به عرض یک دهم میلیمتر تشکیل شده بود. آنها این مهر را
روی یک بلوک گرافنی فشار داده و صفحات کوچکی از گرافن را به صورت چسبیده
روی برجستگی‌های کوچک جدا نمودند. سپس این مهر را روی یک ویفر بزرگ فشار
داده و درنتیجه لایه‌های جداشده گرافن را روی این ویفر منتقل کردند. این
لایه‌های گرافنی دقیقاً جایی قرار می‌گیرند که قرار است ترانزیستورها ساخته
شوند.

چو می‌گوید این روش شبیه چاپ است. با تکرار این فرایند و استفاده از
مهرهایی با اشکال مختلف می‌تواند نواحی فعال برای ترانزیستورها را با تک‌بلورهای
گرافنی پوشاند.