طلاء جرافين واسع النطاق على النحاس - الطريق إلى مكونات إلكترونية أسرع

إن مادة الجرافين، وهي طبقة واحدة من ذرات الكربون المرتبطة ببعضها البعض في نمط من الأشكال السداسية، مثل هيكل خلية النحل، لديها الكثير من الإمكانات لاستخدامها في الإلكترونيات النانوية مثل: الذاكرة، والأجهزة الإلكترونية الضوئية وما شابه ذلك.

إن إعداد سطح واسع من الجرافين على النحاس قد يمكّن من إنتاج أحدث الأجهزة القائمة على الجرافين والتي تلبي المتطلبات القياسية لصناعة أشباه الموصلات وتؤدي إلى تطوير أجهزة كمبيوتر ومكونات إلكترونية أسرع - وفقًا لفريق. من العلماء والمهندسين من جامعة تكساس.

وقال أستاذ الكيمياء الفيزيائية رود روف، أحد مؤلفي المقال: "إن مادة الجرافين يمكن أن تؤدي إلى تطوير أجهزة كمبيوتر أسرع تستخدم طاقة أقل، وإلى أنواع أخرى من أجهزة الاتصال مثل الأجهزة عالية التردد (موجات التردد الراديوي)". في المجلة العلمية Science . "سيكون من الممكن أيضًا العثور على استخدامه في الطبقات الموصلة كهربائيًا والشفافة بصريًا لتقنية عرض الصور وفي استخدام توليد الطاقة الكهربائية من الخلايا الشمسية."

إن مادة الجرافين، وهي طبقة واحدة من ذرات الكربون المرتبطة ببعضها البعض في نمط من الأشكال السداسية، مثل هيكل خلية النحل، لديها الكثير من الإمكانات لاستخدامها في الإلكترونيات النانوية مثل: الذاكرة، والأجهزة الإلكترونية الضوئية وما شابه ذلك. ويمكن استخدامه أيضًا لتخزين الطاقة الكهربائية في البطاريات والمكثفات، وفي مجال المواد المركبة، وفي المعالجة الحرارية، وفي أجهزة الاستشعار البيوكيميائية وكمواد استشعار جديدة لأجهزة استشعار الضغط الحساسة للغاية.

وقال الباحث: "اليوم هناك حاجة أساسية لإعداد طبقات الجرافين على طبقات البوتقة باستخدام أساليب تتكيف مع العمليات الحالية في صناعة أشباه الموصلات". "بهذه الطريقة سيكون من الممكن إعداد دوائر إلكترونية نانوية بكفاءة غير عادية، وهي كفاءة مهمة جدًا لصناعة أشباه الموصلات."

يُظهر الجرافين حركة عالية للغاية للإلكترونات وفجواتها؛ ونتيجة لذلك، يمكن أن تكون سرعة تبديل الأجهزة الإلكترونية النانوية المعتمدة على الجرافين عالية للغاية. كما أن الجرافين يتواجد في شكل مسطح عندما يتم وضعه على ركيزة مثل طبقة زورن وبالتالي يتم تكييفه مع عمليات معالجة الطبقات في صناعة أشباه الموصلات. يمكن للخصائص الميكانيكية غير العادية للجرافين أن تتيح استخدامه كمادة غشائية في الأنظمة الكهروميكانيكية النانوية، مثل مستشعر الضغط عالي الحساسية وككاشف للفصل الكيميائي أو الخلايا البيولوجية.

وتمكن فريق الباحثين من وضع الجرافين على رقائق النحاس التي تقتصر مساحتها فقط على نوع الآلة المستخدمة. لقد أثبتوا، لأول مرة، أن المساحات التي يبلغ حجمها سنتيمترًا مربعًا واحدًا يمكن تغطيتها، بشكل كامل تقريبًا، بطبقة واحدة من الجرافين، عندما يتم الحصول على نسبة صغيرة جدًا (أقل من خمسة بالمائة) من المساحة كنسبة مئوية. ثنائية وثلاثية الطبقة. في الخطوة التالية، قام الفريق بإعداد ترانزستورات مزدوجة البوابة حيث تم عزل البوابة العلوية كهربائيًا عن طبقة الجرافين بواسطة طبقة صغيرة من الألومينا (أكسيد السيراميك) من أجل قياس حركة حاملات الشحنة. وأظهرت الأجهزة أن القدرة على الحركة، وهي السمة الرئيسية للأجهزة الإلكترونية، كانت أعلى بكثير من تلك الموجودة في شكلها - أشباه الموصلات الرئيسية المستخدمة في معظم الأجهزة الإلكترونية اليوم، وقابلة للمقارنة بالجرافيت الطبيعي.

يوضح الباحث: "لقد استخدمنا طريقة ترسيب البخار الكيميائي (CVD - ترسيب البخار الكيميائي) من خليط من الميثان والهيدروجين لوضع طبقة من الجرافين فوق رقائق النحاس". "إن انخفاض ذوبان الكربون في النحاس، والقدرة على تحقيق حجم حبيبي كبير في ركيزة النحاس متعدد البلورات هي عوامل جذابة لاستخدامه كمادة حديثة في الإلكترونيات النانوية - وبالإضافة إلى ذلك هناك حقيقة أن صناعة أشباه الموصلات تتمتع بشمولية و خبرة واسعة في استخدام الأسطح النحاسية الصغيرة المطلية بطبقات الزنك. ومن خلال استخدام أساليب التوصيف المتنوعة، تمكنا من استنتاج أن النحاس المطلي بالجرافين هو مادة واعدة للغاية للتطوير المستقبلي لقطع من الحديد بقطر 300 ملم مطلية بالجرافين عالي الجودة."

الأخبار من جامعة تكساس