그래핀은 전자제품의 효율과 성능을 향상시킬 것으로 기대되지만, 재료 모조품은 그 잠재력을 지금까지 기능성 반도체로 전환하는 것을 누구도 막았다.조지아 공과대학의 획기적인 연구에서 과학자들은 세계 최초로 성공한 그래핀 반도체를 만들었다.

그래핀: 반금속

그래핀은 오랫동안 높은 전자 이동률, 우수한 열 전도성 및 뛰어난 기계적 강도를 포함하여 뛰어난 전기 성능을 갖춘 재료로 간주되어 왔습니다.그 탄소 원자가 2차원 셀룰러 격자로 배열된 단층 구조는 전자가 가장 작은 저항력으로 그것을 통과할 수 있게 하여 이미 알려진 가장 전도성이 있는 재료 중의 하나가 되게 한다.

그러나 그 잠재력에도 불구하고 다른 물리적 제한은 전통적인 반도체 응용에서의 사용을 방해합니다.

그 고유한 상태에서 그래핀은 반금속으로 분류되는데, 이는 자연스럽게 반도체나 금속처럼 표현되지 않는다는 것을 의미한다.트랜지스터와 같은 전자 장치에서 재료가 효과적으로 작동하기 위해서는 재료가 전장을 통해"열림"과"닫힘"을 할 수 있도록 틈새가 필요합니다.이 원리는 실리콘 기반 전자 부품의 기능을 지탱하고 있다.따라서 그래핀을 이용한 전자응용의 주요 도전은 고유의 특성을 해치지 않고 실리콘과 유사한 전환 가능한 특성을 유도하는 것이다.

조지아 공과대학의 그래핀 연구

최근 조지아 공대의 한 연구팀은 세계 최초의 그래핀 기반 반도체 부품을 만들었다고 주장했다.

연구진은 특정 탄화규소 결정면에서 퇴화가 잘 되는 표관 그래핀이 높은 이동률의 2차원 반도체로 쓰일 수 있다는 것을 성공적으로 증명했다.구체적으로 이 팀은 단결정 탄화규소 라이닝 바닥에 반도체 표관 그래핀 (SEG) 을 개발했는데, 밴드 갭은 0.6eV로 실온 이동률이 5000cm를 넘는다²/Vs, 실리콘과 기타 2차원 반도체보다 현저히 높다.

SEG의 생산은 제한 제어 승화 (CCS) 난로와 관련되며, 그 중 반 절연 SIC 칩은 아르곤 분위기에서 흑연 도가니에서 퇴화된다.그래핀이 형성하는 온도와 속도는 도가니에서 실리콘의 탈출 속도가 중요한 역할을 하는 정확한 제어를 받는다.

SEG를 나타내기 위해 팀은 스캔 터널 현미경(STM), 스캔 전자 현미경(SEM), 저에너지 전자 회절(LEED), 라만 스펙트럼을 사용했다.이 방법들은 여러 척도에서 SEG를 자세히 검사하여 나체 SiC 및 그래핀과 구분하고 SiC 기저의 원자 조준을 확인할 수 있습니다.

반도체 표면 그래핀의 잠재력

연구팀은 나노전자학 분야에서 SEG의 잠재력을 강조했다.

결정이 좋은 2차원 반도체로서 현저한 대역 틈새와 높은 이동률을 가지고 있으며, SEG는 그래핀 등 재료의 전기적 우위를 실현하는 데 큰 걸음을 내디딘 업계를 대표한다.미래의 작업은 적합한 전기 매체를 갖춘 대형 플랫폼을 안정적으로 생산하고, 쇼트 베이스를 관리하며, 집적 회로 방안을 개발하는 데 집중될 것이다.결국 연구팀은 SEG가 상업적 타당성의 잠재력을 가지고 있으며 2D 나노 전자학에 확실한 영향을 미친다고 믿는다.