مدارهای قوی و ابرنازک مبتنی بر گرافن

مدارهای مجتمع که در همه جا از قهوه‌ساز گرفته تا رایانه وجود دارند و از سیلیکون ‏بلوری بی‌نقص الگودهی می‌شوند، کاملاً نازک هستند، ولی پژوهشگران کرنل فکر می‌کنند ‏که بتوانند مرزهای لایه نازک را به حد یک اتم هم برسانند. ‏

‎‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎
‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎

‎ مدارهای مجتمع که در همه جا از قهوه‌ساز گرفته تا رایانه وجود دارند و از سیلیکون ‏بلوری بی‌نقص الگودهی می‌شوند، کاملاً نازک هستند، ولی پژوهشگران کرنل فکر می‌کنند ‏که بتوانند مرزهای لایه نازک را به حد یک اتم هم برسانند. ‏

 

ماده انتخابی آنها گرافن، ورقه‌ای با ضخامت تک اتمی از اتم‌های کربن تکرار شونده، و ‏نیترید بور شش گوشی، ورقه نازکی از اتم‌های نیتروژن و بور تکرار شونده، است. این ‏پژوهشگران به رهبری جی وونگ پارک، استادیار شیمی و زیست‌شناسی شیمیایی، راهی برای ‏الگودهی لایه‌های تک اتمی گرافن و نیترید بور، بدون استفاده از زیرلایه سیلیکونی ابداع ‏کرده‌اند. ‏

 

نمایش طرحواره‌ای از لایه‌های نازک ‏تک اتمی با نواحی الگودهی شده از ‏گرافن رسانا (خاکستری) و نیترید بور ‏عایق (آبی- ارغوانی).

 ‏

این تکنیک، که آن را رشد مجدد الگودهی‌شده می‌نامند، می‌تواند منجر به مدارهای ‏نازک اتمی بدون زیرلایه شود. با این ضخامت بسیار نازک، آنها می‌توانند در هوا و آب ‏شناور بمانند، ولی با استحکام کششی و عملکرد الکتریکی بالا. ‏

 

پارک گفت: «ما می‌دانیم که چطور گرافن و نیترید بور را در فیلم‌هایی با ضخامت ‏تک اتم رشد دهیم. ولی آیا می‌توانیم آنها را در کنار هم قرار دهیم؟ و هنگامی که شما آنها ‏را در کنار هم می‌گذارید چه اتفاقی در پیوندگاه آنها می‌افتد؟»‏ فرآیند رشد مجدد الگودهی‌شده، که از همان تکینک فوتولیتوگرافی مرسوم در فرآوری ‏ویفر سیلیکونی استفاده می‌کند، به گرافن و نیترید بور اجازه می‌دهد که در شکل فیلم‌های ‏صاف و کاملا تخت رشد یابند و هنگامی که با ماده نیمه‌رسانای نهایی ترکیب شوند منجر به ‏اولین مدار مجتمع نازک اتمی گردند. ‏

 

پارک گفت که رشد مجدد الگودهی‌شده اندکی شبیه به فرآیند شابلون‌کاری (استنسیل) ‏است. او و همکارانش ابتدا گرافن را روی مس رشد داده و از فوتولیتوگرافی برای برداشتن ‏نواحی گزینشی از گرافن، که به الگوی مطلوب بستگی دارد، استفاده کردند. آنها چنین ‏نواحی خالی شده‌ای را با نیترید بور پر کردند. نیترید بور عایق است و روی مس رشد کرده ‏و نواحی خالی را بخوبی پر می‌کند. ‏

 

این گروه پژوهشی که شامل دیوید مولر، استاد فیزیک مهندسی و کاربردی است مشغول ‏کار برای ساخت ماده‌ای است که به بهترین وجهی با لایه نازک گرافن- نیترید بور کار کند ‏تا بتواند لایه نیمه‌رسانای نهایی را در جهت تبدیل فیلم‌های مذکور به مدارهای واقعی بسازد. ‏

 

این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ‏Nature‏ منتشر کرده‌اند.‏ ‎
 

‎ ‎ ‎ ‎‎