ציפוי גרפן נרחב על נחושת – הדרך לרכיבי אלקטרוניקה מהירים יותר

החומר גרפן (Graphene), שכבה יחידה של אטומי פחמן הקשורים אחד למשנהו בתבנית של משושים, כמבנה כוורת דבורים, הוא בעל יכולת מרובה לשמש בננו-אלקטרוניקה כגון: זיכרון, התקנים אופטו-אלקטרוניים וכדומה.

ההכנה של משטח גרפן נרחב על נחושת עשוי לאפשר את הייצור של התקנים מבוססי-גרפן חדישים העומדים בדרישות התקנים של תעשיית המוליכים למחצה ולהוביל לפיתוח מחשבים ורכיבי אלקטרוניקה מהירים יותר – כך בהתאם לצוות מדענים ומהנדסים מאוניברסיטת טקסס.

“החומר גרפן יוכל להוביל לפיתוח של מחשבים מהירים יותר המשתמשים בפחות אנרגיה, ולסוגים אחרים של התקנים לתקשורת כגון התקנים בעלי תדירות גבוהה (גלים בתדירות רדיו), “אמר הפרופסור לכימיה פיסיקלית Rod Ruoff, אחד מכותבי המאמר בכתב-העת המדעי Science. “יהיה אפשר למצוא לו שימוש גם בשכבות מוליכות חשמלית ושקופות אופטית לטכנולוגיה של צגי תמונות ובשימוש ליצירת כוח חשמלי מתאים סולאריים.”

החומר גרפן (Graphene), שכבה יחידה של אטומי פחמן הקשורים אחד למשנהו בתבנית של משושים, כמבנה כוורת דבורים, הוא בעל יכולת מרובה לשמש בננו-אלקטרוניקה כגון: זיכרון, התקנים אופטו-אלקטרוניים וכדומה. הוא יוכל לשמש גם עבור אחסון אנרגיה חשמלית בסוללות ובעל-קבלים, בתחום של חומרים מרוכבים, בטיפול תרמי, בחיישנים ביוכימיים וכחומר חישה חדיש עבור חיישני לחץ רגישים ביותר.

“קיימת היום דרישה חיונית להכנת ציפויי גרפן על שכבות צורן באמצעות שיטות המותאמות לתהליכים הקיימים בתעשיית המוליכים למחצה,” אמר החוקר. “כך ניתן יהיה להכין מעגלים ננו-אלקטרוניים בעלי יעילות יוצאת מגדר הרגיל, יעילות שהינה כה חשובה לתעשיית המוליכים למחצה.”

הגרפן מציג ניידות גבוהה ביותר של אלקטרונים והחורים שלהם; כתוצאה מכך, מהירות המיתוג (switching) של התקני ננו-אלקטרוניקה מבוססי-גרפן יכולה להיות גבוהה ביותר. כמו-כן, הגרפן קיים בצורה שטוחה כאשר הוא ממוקם על מצע כגון שכבת צורן ועל-כן הוא מותאם לתהליכי עיבוד השכבות בתעשיית המוליכים למחצה. תכונותיו המכאניות הבלתי-רגילות של הגרפן תוכלנה לאפשר את השימוש בו כחומר קרומי במערכות ננו-אלקטרו-מכאניות כגון חיישן לחץ רגיש ביותר וכגלאי פרודות כימיות או תאים ביולוגיים.

צוות החוקרים הצליח למקם גרפן על רדידי נחושת ששטחם מוגבל רק ע”י סוג המכונה בשימוש. הם הדגימו, לראשונה, כי אזורים בגודל של סנטימטר רבועי יכולים להיות מצופים, כמעט לחלוטין, בחד-שכבה של גרפן, כאשר רק אחוז קטן ביותר (פחות מחמישה אחוזים) מהשטח מתקבל כרובד בי- ותלת-שכבתי. בשלב הבא הצוות הכין טרנזיסטורים כפולי-שער כאשר השער העליון מבודד חשמלית משכבת הגרפן ע”י שכבה זעירה של אלומינה (תחמוצת חמרן) וזאת בכדי למדוד את ניידות נושאי-המטען. ההתקנים הראו כי הניידות, מאפיין עיקרי להתקנים אלקטרוניים, הייתה גבוהה משמעותית מזו הקיימת בצורן – המוליך למחצה העיקרי המשמש ברוב ההתקנים האלקטרוניים של ימינו, ובר-השוואה לגרפיט הטבעית.

“השתמשנו בשיטה של רִבּוּץ אדים כימיים (CVD – chemical-vapor deposition) מתערובת של מתאן ומימן בכדי למקם שכבת גרפן מעל רדידי נחושת,” מסביר החוקר. “מסיסותו הנמוכה של פחמן בנחושת, והיכולת להשיג גודל גרגירים גבוה במצע הרב-גבישי של הנחושת הינם גורמים מושכים לשימושו כחומר חדיש בננואלקטרוניקה – ובנוסף קיימת העובדה כי לתעשיית המוליכים למחצה יש ניסיון מקיף ונרחב בשימוש של משטחי נחושת זעירים בציפוי שכבות צורן. באמצעות השימוש בשיטות אפיון מגוונות הצלחנו להסיק כי נחושת מצופת גרפן הינה חומר מבטיח ביותר עבור פיתוח עתידי של נתחי צורן בגודל של 300 מילימטרים המצופים בגרפן בעל איכות גבוהה.”

הידיעה מאוניברסיטת טקסס