پژوهشگران آمریکایی موفق شدند با استفاده از هیدروژن در فرآیند تولید گرافن، عملکرد ترانزیستورهای مبتنی بر گرافن را بهبود دهند. در این روش هیدروژن موجب شناور شدن لایه گرافن روی زیر لایه خود شده که این کار منجر به افزایش حرکت الکترون‌ها خواهد شد.
بهبود عملکرد ترانزیستورها با استفاده از هیدروژن
پژوهشگران آمریکایی موفق شدند با استفاده از هیدروژن در فرآیند تولید گرافن، عملکرد ترانزیستورهای مبتنی بر گرافن را بهبود دهند. در این روش هیدروژن موجب شناور شدن لایه گرافن روی زیر لایه خود شده که این کار منجر به افزایش حرکت الکترون‌ها خواهد شد.
پژوهشگران مرکز الکترواپتیک دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا موفق به ارائه روشی شدند که با استفاده از هیدروژن می‌توان عملکرد ترانزیستورها را در ادوات گرافنی بهبود داد. در مقاله‌ای که این گروه تحقیقاتی در نشریه Nano Letters به چاپ رساندند، نشان دادند که می‌توان حرکت الکترون را در گرافن اپیتاکسیال رشد یافته روی سیلیکون حاوی ویفر کاربید سیلیکون به ابعاد ۱۰۰ میلی‌متر، به اندازه ۳ برابر افزایش داد. همچنین عملکرد ترانزیستور رادیو فرکانس نیز بهبود می‌یابد.
جوشا رابینسون، از محققان این پروژه می‌گوید ویفر کاربید سیلیکون دو وجه دارد. اگر گرافن روی وجه دارای کربن رشد کند معمولا ار حرکت بالای الکترونی برخوردار است دلیل این امر وجود یک لایه غنی از کربن در زیر لایه گرافن رشد یافته روی سیلیکون است که به کاربید سیلیکون متصل بوده و موجب پراکند شدن الکترون می‌شود. اگر از دست این لایه بافری خلاص شویم، الکترون‌ها سریع‌تر حرکت خواهند کرد که بدین معناست که دستگاه شما سریع‌تر کار خواهد کرد. کنترل ضخامت گرافن روی وجه سیلیکونی بسیار ساده است.
در مقاله‌ای تحت عنوان Epitaxial Graphene Transistors: Enhancing Performance via Hydrogen Intercalation ، نویسندگان آن مدعی شده‌اند که ” فرکانس قطع خارجی” را در ترانزیستور گرافنی اپیتاکسیال به ۲۴ گیگاهرتز رسانده‌اند که بالاترین رقم گزارش شده در جهان محسوب می‌شود. ( فرکانس قطع خارجی، سرعت عملکرد دستگاه در یک شرایط خاص است). این روش هیدروژناسیون، که اولین بار توسط یک گروه آلمانی ارائه شده، به این شکل است که لایه بافر را با یک لایه دیگر جایگزین می‌کنند به‌طوری که لایه جدید از جنس گرافن با ضخامت یک اتم بوده و با استفاده از هیدروژن این لایه به‌صورت آویزان و معلق روی لایه زیرین خود قرار می‌گیرد. نتیجه این کار آن است که دو لایه گرافن می‌توانند به‌راحتی روی هم شناور باشند. در پروژه‌ای که تیم تحقیقاتی دانشگاه پنسیلوانیا انجام دادند یک مرحله به فرآیند سنتز گرافن افزودند که با این کار لایه بافری به گرافن تبدیل شد. نتایج کار نشان داد که مقدار حرکت الکترون ۲۰۰ تا ۳۰۰ درصد رشد داشته است به‌طوری که از ۷۰۰-۹۰۰ Cm2/Vs به ۲۰۵۰ در هوا و ۲۳۷۵ Cm2/Vs در خلاء رسید.
در مقاله دیگری که این تیم تحقیقاتی با عنوان Enhanced Transport and Transistor Performance with Oxide Seeded High-k Gate Dielectrics on Wafer-Scale Epitaxial Graphene در همین نشریه به چاپ رساندند، روش جدید برای نشست مواد دی الکتریکی روی گرافن اپیتاکسیال ارائه کردند. با این روش عملکرد محصول ۲ تا ۳ برابر افزایش می‌یابد. این روش مبتنی بر رسوب لایه اتمی است.
