Graphene: A Promising Material for Electronic Applications

Abstract

Grafín hefur verið mikið rannsakað í eðlisfræði og efnisfræði síðan það var einangrað í fyrsta skipti árið 2004. Þetta eins atóms laga efni er grunnbyggingin að öllu efnin búið til úr kolefni og býr meðal annars yfir frábærri raf- og varmaleiðni. Grafín hefur einstaka orkuborða þar sem leiðniborði og gildisborði mætast í Dirac punkti og hefur þar af leiðandi enga orkugeil. Þessi óalgenga form á orkuborða gerir rafeindum kleift að ferðast á miklum hraða samanborið við flest önnur föst efni. Til að gefa grafín eiginleika hálfleiðara þarf að stækka orkugeilina svo hægt sé að stjórna leiðni þess með því að íbæta. Þar sem nútíma raftæki þróast á ógnarhraða er sífellt meiri þörf fyrir smærri hálfleiðara einingar. Hámarki hefur verið náð á hversu mikið það er hægt að minnka kísil hálfleiðara einingar. Hér getur grafín komið til sögunnar, með því að nota grafín í staðinn fyrir kísil ætti að vera hægt að búa til minni og þynnri hálfleiðara rásir með betri rafleiðni. Hins vegar eru ýmsar hindranir sem þarf yfirstíga áður en það verður hægt að nota grafín í stað kísils. Það þarf að finna leið til að stækka orkugeil grafínsins svo hægt sé að stýra leiðni þess og finna þarf aðferðin til að fjöldaframleiða hágæða grafín. Þrátt fyrir að grafín gæti að lokum ekki verið notað í megin hálfleiðara rásum er ennþá hægt að nota það í ýmsum raftækjum, meðal annars til að bæta rafleiðni í snertiskjám.

Graphene has received great interest in condensed matter physics and material science since it was first successfully isolated in 2004. This single layer material is the basic building block for graphitic materials of all dimensionalities and possesses superior electrical and thermal conductivity. Graphene has a unique band structure with zero band gap, the conduction band and the valence band touch at a point called the Dirac point. This uncommon band structure makes the rapid electron transfer possible. The size of the energy band gap can be regulated to some extent by adjusting the interaction between graphene and substrate material to achieve a semiconductor behaviour where the conductivity can be altered by doping. As computer chips and other modern electronics have advanced over the last decades it requires constantly smaller silicon chips but current nanofabrication methods will not be able to make silicon chips much smaller then they currently are. Graphene is considered to be very promising in future semiconductor electronic devices instead of silicon as it should be able to make much thinner devices than devices made of traditional materials. However, graphene replacing semiconductors will not be possible until a method can be found to increase the energy gap and finding a method to produce a large quantity of high quality single layer graphene. Even though graphene will not be able to revolutionize the semiconductor industry, it is still promising for various electronic applications.