ساخت ترانزیستور‌های نقطه‌ای از جنس گرافن

گروهی از محققان از دانشگاه منچستر انگلستان موفق شده‌اند که برای نخستین بار، ترانزیستور‌هایی از جنس نقاط کوانتومی گرافنی بسازند. با این کشف، امید می‌رود که گرافن در نسل آینده ابزار‌های الکترونیکی، جانشین سیلیکون شود.

گروهی از محققان از دانشگاه منچستر انگلستان موفق شده‌اند که برای نخستین بار،
ترانزیستور‌هایی از جنس نقاط کوانتومی گرافنی بسازند. با این کشف، امید می‌رود که
گرافن در نسل آینده ابزار‌های الکترونیکی، جانشین سیلیکون شود.

گرافن یک لایه دوبعدی کربنی است که تنها یک اتم ضخامت داشته و معمولاً از طریق
جداسازی بلور‌های کوچکِ گرافیت ساخته می‌شود. در سطح مولکولی، این ماده شبیه فَنس
است و با به هم پیوستن حلقه‌های بنزن در سطحی نامحدود، تشکیل می‌شود.
به‌دلیل داشتن خواص فیزیکی غیر معمول، اغلب از گرافن به‌عنوان بهترین جایگزین برای
سیلیکون یاد می‌شود. خواص مذکور ناشی از بی‌جرم بودن الکترون‌ها در این ماده است؛
زیرا این الکترون‌ها مانند ذرات نسبیتی رفتار کرده، دارای جرم سکون صفر هستند و به
همین دلیل می‌توانند با سرعتِ ۱۰۶ متر بر ثانیه حرکت کنند. کاستیا نواسلف، یکی از
اعضای این گروه، در این باره می‌گوید: «نکته مثبت در این کشف، این است که این خواص
مطلوب با کوچک‌ترکردن ابزار‌های گرافنی تا حد چند حلقه بنزن، حذف نمی‌شوند. این امر،
برای الکترونیک مولکولی بالا- پایین لازم است.»
تاکنون محققان تنها با استفاده از نوار‌های گرافنی، ترانزیستور ساخته بودند، که این
ساختار طویل، رسانایی را بیشینه نمی‌کرد. برای حل این مشکل، نواسلف و همکارانش نوار‌های
مذکور را در اندازه‌هایی که از لحاظ کوانتومی، الکترون‌ها را محبوس می‌کرد، کوچک
کردند. آنها این کار را از طریق ترکیب دو روشِ لیتوگرافی پرتو الکترونی و حکاکی
پلاسمای واکنشی انجام دادند و به این ترتیب، توانستند برآمدگی‌های کوچکی را بر روی
صفحات گرافنی بزرگ ایجاد کنند. نواسلف در این باره می‌گوید:«ما این نظریه را که می‌توان
با استفاده از فناوری‌های استاندارد، یک ترانزیستور بر پایه نقاط کوانتومی گرافنی
ساخت اثبات کرده‌ایم. علاوه ‌بر این، ابزار مذکور قادر خواهد بود تا در دمای اتاق
نیز کار کند.»
آندره گیم، عضوی دیگر از این گروه، اظهار داشت که هم‌اکنون آنها می‌توانند
ترانزیستور‌های تکثیرپذیری با اندازه ده نانومتر بسازند و در آینده این اندازه باید
به یک نانومتر تقلیل یابد. وی گفت:«این یک الکترونیک مولکولی با استفاده از روش
بالا- پایین است. به کمک هیچ ماده دیگری نمی‌توان از طریق این روش ساختار‌های کوچک‌تر
از صد نانومتر تولید کرد، در حالی که چنین ساختار‌هایی برای عملکرد ترانزیستور‌های
تک‌الکترونی در دمای اتاق ضروری هستند.»
جی چن از دانشگاه آلبرتا در کانادا ـ که گروهِ وی نیز به ساخت ابزار‌های الکترونیکی
از گرافن اشتغال دارند ـ از اینکه نواسلف، گیم و همکارانشان با این سرعت در این
زمینه به پیش می‌روند، متعجب شده‌است. وی می‌گوید:«آنها پیشروان جهانی در این زمینه
هستند.»
نتایج این تحقیق در مجله Science منتشر شده‌است.