ग्रैफेन: क्या यह अर्धचालकों के लिए भविष्य है? सामग्री, उपकरणों और अनुप्रयोगों का अवलोकन

ग्रैफेन: क्या यह अर्धचालकों के लिए भविष्य है? सामग्री, उपकरणों और अनुप्रयोगों का अवलोकन

यॉ ओबेंग और पुरुषोत्तम श्रीनिवासन द्वारा

In इसका  लेख, we करने का प्रयास सेवा मेरे संक्षेप में प्रस्तुत करना la graphene "ग्राफीन, जीई/III-V, Nanowires, और पोस्ट-CMOS के लिए उभरती सामग्री अनुप्रयोग। ”1 संपूर्ण और पूर्ण नहीं होने पर, एक समीक्षा इन संगोष्ठियों में प्रस्तुत किए गए पत्रों का एक संक्षिप्त विवरण प्रदान करता है
पिछले कुछ वर्षों में ग्राफीन अनुसंधान की स्थिति की झलक वर्षों।

ग्राफीन का इतिहास
1947 में, ग्राफीन में असाधारण इलेक्ट्रॉनिक गुण होने की भविष्यवाणी की गई थी, अगर इसे अलग किया जा सकता है। 2,3 वर्षों के लिए, ग्राफीन (चित्र। 1) को एक शैक्षणिक सामग्री माना जाता था जो केवल सिद्धांत में मौजूद थी और माना जाता था कि यह अस्तित्व में नहीं है। एक मुक्त स्थायी सामग्री, इसकी अस्थिर प्रकृति के कारण। ए। गीम, के। नोवोसेलोव, और सहकर्मी मायावी मुक्त-खड़ी ग्रेफीन फिल्मों को सफलतापूर्वक प्राप्त करने वाले पहले लोगों में से थे, जो एक उल्लेखनीय उपलब्धि थी। इस प्रकार, गीम और नोवोसेलोव को "दो-आयामी सामग्री ग्राफीन के संबंध में अभूतपूर्व प्रयोगों" के लिए प्रदान किए गए भौतिकी के लिए 4 के नोबेल पुरस्कार को प्रयोगात्मक भौतिकी में उल्लेखनीय सरलता की मान्यता के रूप में मनाया जाना चाहिए।

इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड कैमिस्ट्री (आईयूपीएसी) ग्रेफीन को ग्रेफाइट संरचना की एकल कार्बन परत के रूप में परिभाषित करता है, इसकी प्रकृति को अर्ध अनंत आकार के पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन के सादृश्य द्वारा वर्णित करता है। इस प्रकार, ग्रेफीन शब्द का उपयोग केवल तभी किया जाना चाहिए जब प्रतिक्रियाओं, संरचनात्मक संबंधों, या एक परत के अन्य गुणों पर चर्चा की जाती है। पहले, ग्रेफाइट परत, कार्बन परत, या कार्बन शीट जैसे विवरणों का उपयोग ग्रेफीन शब्द के लिए किया गया है।

अंजीर। 1. ग्रैफेन कार्बन आधारित सामग्री के लिए 2 डी बिल्डिंग ब्लॉक है। इसे 0D बकीबॉल में लपेटा जा सकता है, 1D नैनोट्यूब में रोल किया जा सकता है, या 3D ग्रेफाइट में स्टैक किया जा सकता है। नेचर मैटर की अनुमति से चित्र को पुन: प्रस्तुत किया गया।, 6, 184 (2007)।

ग्राफीन को अलग करने की दौड़

फ्रीस्टैंडिंग ग्रेफीन फिल्मों को साकार करने के लिए एक लंबा और निरंतर प्रयास किया गया है। ग्राफीन को अलग करने के विभिन्न तरीकों का अध्ययन किया गया है। ग्राफीन को अलग करने के लिए सबसे पहले प्रलेखित प्रयासों में से एक भौतिक या रासायनिक तरीकों से छूटना था। उदाहरण के लिए, ग्रेफाइट को पहली बार 1840 में एक्सफोलिएट किया गया था, जब सी। शैफहुतल ने सल्फ्यूरिक और नाइट्रिक एसिड के मिश्रण के साथ इलाज करके लोहे के स्मेल्टर से "किश" को शुद्ध करने की कोशिश की थी।⁶ ग्रेफाइट ऑक्साइड को पहली बार ब्रोडी ने 1859 में पोटेशियम क्लोरेट और फ्यूमिंग नाइट्रिक एसिड के मिश्रण के साथ ग्रेफाइट का इलाज करके तैयार किया था।^7,8 Boehm एट अल. कार्बन के अत्यंत पतले लैमेला के गठन का वर्णन किया, जिसमें टीईएम द्वारा मापी गई कुछ कार्बन परतें शामिल हैं, या तो "हीटिंग पर ग्रेफाइटिक ऑक्साइड का अपस्फीति या क्षारीय निलंबन में ग्रेफाइटिक ऑक्साइड की कमी से।"⁹ यह तर्क दिया गया है कि टीईएम नमूने बनाने के लिए नमूना तैयार करने की तकनीक के परिणामस्वरूप बोहेम द्वारा वर्णित लैमेला में ग्रैफेन की अन्यथा एकल परत का ढेर हो गया। एट अल. इनमें से कोई भी प्रारंभिक कार्य "फ्री-स्टैंडिंग" ग्रैफेन या ग्रैफेन-ऑक्साइड फाइलों को अलग या पहचाना नहीं गया था।

गीम के समूह (चित्र 2ए) ने ग्रेफाइटिक क्रिस्टल फ्लेक्स से परतों को छीलने के लिए चिपकने वाली टेप का उपयोग करके परमाणु रूप से पतले ग्रेफाइट को सफलतापूर्वक अलग किया और फिर उन ताजा परतों को ऑक्सीकृत सिलिकॉन सतह के खिलाफ धीरे से रगड़ें। वे एएफएम का उपयोग करके इस परत की मोटाई निर्धारित करने में भी सक्षम थे जो कुछ एंगस्ट्रॉम मोटी थी। उनकी "स्कॉच टेप" तकनीक नियमित रूप से स्तरित क्रिस्टल को छीलने के लिए चिपकने वाली टेप के उपयोग की बहुत याद दिलाती है (जैसे, ग्रेफाइट, अभ्रक, आदि), ताजा सतहों को उजागर करने के लिए वैन डेर वाल्स बलों द्वारा एक साथ रखे जाते हैं।^10,11

पिछले एक दशक में, वाल्टर डी हीर के नेतृत्व में जॉर्जिया टेक के समूह ने ग्राफीन को अलग करने के लिए एपिटैक्सियल ग्रोथ की विधि का इस्तेमाल किया (चित्र 2 बी)। सिलिकॉन कार्बाइड को एक सब्सट्रेट के रूप में चुना गया था, और समूह ने प्रदर्शित किया कि एपिटैक्सियल ग्राफीन का उत्पादन SiC के थर्मल अपघटन द्वारा किया जा सकता है जिसे पैटर्न और गेट किया जा सकता है।¹² इसके अलावा, उन्होंने दिखाया कि एपिटैक्सियल ग्राफीन ने 2 डी इलेक्ट्रॉनिक गुणों के साथ-साथ क्वांटम कारावास और क्वांटम सुसंगतता प्रभाव प्रदर्शित किया। उसी समय, कोलंबिया विश्वविद्यालय में फिलिप किम के समूह ने ग्रेफाइट से ग्रेफीन परतों को यांत्रिक रूप से अलग करने के लिए AFM का उपयोग किया। वे लगभग 10 परतों वाली बहु-परत संरचना को अलग करने में सफल रहे।¹³

अंजीर। 2 ए। (i) पृथक ग्राफीन की पहली तस्वीरों में से एक। उन्होंने चिपकने वाली टेप का उपयोग करके ग्रेफाइट सतह (जिसे एक्सफोलिएशन कहा जाता है) से परतों को चीरने की सरल तकनीक का इस्तेमाल किया। http://physicsweb.org के सौजन्य से। (ii) ग्राफीन की उच्च विभेदन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ छवि। फिजिक्स वर्ल्ड से अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत, नवंबर 2006, पृष्ठ 1। (iii) एक्सफोलिएशन विधि का उपयोग करके निकाले गए ग्रेफाइटिक परतों का परमाणु संकल्प। प्रकृति मेटर से अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत।, 6, 185 (2007) अंजीर। 2 बी। 4H-SiC के C-चेहरे पर एपिटैक्सियल ग्राफीन। (i) बहुपरत एपिटैक्सियल ग्राफीन के क्रॉस सेक्शन की टीईएम छवि। (ii) षट्कोणीय जाली को दर्शाने वाली परमाणु विभेदन एसटीएम छवि। (iii) एएफएम छवि। ग्रेफीन शीट में सफेद रेखाएं 'पकर्स' होती हैं। ईसीएस लेनदेन के सौजन्य से, 19(5), 95 (2009)।

हाल ही में, रूफ की टीम ने धातु सबस्ट्रेट्स पर हाइड्रोकार्बन के रासायनिक वाष्प जमाव द्वारा एपिटैक्सियल विकास का उपयोग करके सफलतापूर्वक ग्रैफेन तैयार किया। इस मामले में, धातु सब्सट्रेट Cu (छवि 2c) था।¹⁴ इस तकनीक का लाभ यह है कि इसे केवल Cu धातु सब्सट्रेट आकार और विकास प्रणाली को बढ़ाकर बड़े क्षेत्रों में आसानी से बढ़ाया जा सकता है। सामान्य तौर पर, ग्राफीन का एपिटैक्सियल विकास उत्पादन की दिशा में सबसे आशाजनक मार्ग प्रदान करता है, और इस दिशा में तेजी से प्रगति वर्तमान में प्रगति पर है। इसी तरह, एमआईटी में कोंग के समूह ने भी धातु की सतहों, जैसे कि नी या पीटी (छवि 2 सी) पर एपिटॉक्सी द्वारा ग्राफीन उगाया है।¹⁵ इस एपिटैक्सी-ऑन-मेटल तकनीक में, प्राथमिक धातु सब्सट्रेट के रासायनिक निष्कासन द्वारा ग्राफीन फिल्म को उपयुक्त कार्य सब्सट्रेट पर स्थानांतरित किया जाता है।

ग्राफीन के गुण

ग्राफीन sp . का एक सपाट मोनोलेयर है² कार्बन परमाणुओं को कसकर एक द्वि-आयामी (2D) छत्ते की जाली में पैक किया जाता है, जो कार्बन-आधारित सामग्री (चित्र 1) के लिए एक बुनियादी निर्माण खंड है। 1947 में, वैलेस ने ग्रेफाइट के कई भौतिक गुणों की व्याख्या करने के लिए, तंग बाध्यकारी सन्निकटन के साथ ठोस के बैंड सिद्धांत का इस्तेमाल किया।³ उस पत्र में, लेखक एक स्पष्ट धारणा बनाता है: "चूंकि ग्रेफाइट के जाली विमानों की दूरी बड़ी (3.37A) है, जो परत 1.42A में हेक्सागोनल रिक्ति की तुलना में है, ग्रेफाइट के उपचार में पहला सन्निकटन प्राप्त किया जा सकता है। विमानों के बीच की बातचीत की उपेक्षा करके, और यह मानते हुए कि चालन केवल परतों में होता है।" यह धारणा बाद के विश्लेषणों को उस सामग्री पर आसानी से लागू करती है जिसे अब हम ग्रैफेन के रूप में जानते हैं।

ग्रैफेन की 2डी प्रणाली न केवल अपने आप में दिलचस्प है; लेकिन यह एक बेंच-टॉप प्रयोग में क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स की सूक्ष्म और समृद्ध भौतिकी तक पहुंच की भी अनुमति देता है। नोवोसेलोव एट अल.¹⁶ ने दिखाया कि ग्राफीन में इलेक्ट्रॉन परिवहन अनिवार्य रूप से डिराक (सापेक्षवादी) समीकरण द्वारा नियंत्रित होता है। ग्राफीन में आवेश वाहक शून्य विश्राम द्रव्यमान के साथ सापेक्षतावादी कणों की नकल करते हैं और प्रकाश की एक प्रभावी गति होती है, c* 10⁶ cm^{- 1}s^-1. उनके अध्ययन ने विभिन्न प्रकार की असामान्य घटनाओं का खुलासा किया जो कि 2D Dirac fermions की विशेषता है। विशेष रूप से, उन्होंने देखा कि ग्राफीन की चालकता कभी भी चालकता की क्वांटम इकाई के अनुरूप न्यूनतम मान से नीचे नहीं गिरती है, तब भी जब आवेश वाहकों की सांद्रता शून्य हो जाती है। इसके अलावा, ग्राफीन में पूर्णांक क्वांटम हॉल प्रभाव इस मायने में असंगत है कि यह आधे-पूर्णांक भरने वाले कारकों और साइक्लोट्रॉन द्रव्यमान पर होता है m_c ग्राफीन में द्रव्यमान रहित वाहकों द्वारा वर्णित किया गया है E = m_cc_*².

ग्राफीन के अलगाव द्वारा सक्षम भौतिकी के सबसे आकर्षक पहलुओं में से एक तथाकथित क्लेन विरोधाभास का प्रायोगिक प्रदर्शन है - उच्च और व्यापक संभावित बाधाओं के माध्यम से सापेक्षतावादी कणों का अबाध प्रवेश। इस घटना पर कण, परमाणु और खगोल भौतिकी में कई संदर्भों में चर्चा की गई है, लेकिन प्राथमिक कणों का उपयोग करके क्लेन विरोधाभास का प्रत्यक्ष परीक्षण अब तक असंभव साबित हुआ था। कैट्सनेल्सन एट अल. ने दिखाया कि एकल और द्वि-परत ग्राफीन में इलेक्ट्रोस्टैटिक बाधाओं का उपयोग करके एक अवधारणात्मक रूप से सरल संघनित-पदार्थ प्रयोग में प्रभाव का परीक्षण किया जा सकता है।¹⁷ उनके अर्ध-कणों की चिरल प्रकृति के कारण, इन सामग्रियों में क्वांटम टनलिंग अत्यधिक अनिसोट्रोपिक हो जाती है, जो सामान्य, गैर-सापेक्ष इलेक्ट्रॉनों के मामले से गुणात्मक रूप से भिन्न होती है। ग्रेफीन में बड़े पैमाने पर डिराक फर्मियन क्लेन के गेडनकेन प्रयोग की एक करीबी प्राप्ति की अनुमति देते हैं, जबकि बिलीयर ग्रैफेन में बड़े पैमाने पर चिरल फर्मियन एक दिलचस्प पूरक प्रणाली प्रदान करते हैं जो शामिल बुनियादी भौतिकी को स्पष्ट करता है।

नई भौतिकी के इन उदाहरणों के अलावा, ग्राफीन ने कुछ अद्भुत इलेक्ट्रॉनिक गुणों का प्रदर्शन किया है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

ग्राफीन में आवेश वाहक।- मधुकोश जाली के माध्यम से फैलने वाले इलेक्ट्रॉन अपने प्रभावी द्रव्यमान को पूरी तरह से खो देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अर्ध-कणों को "डिराक-फर्मियन" कहा जाता है जो कि श्रोडिंगर समीकरण के बजाय एक डिराक-जैसे समीकरण द्वारा वर्णित हैं जैसा कि चित्र 3 ए और 3 बी में दिखाया गया है। इन्हें ऐसे इलेक्ट्रॉनों के रूप में देखा जा सकता है जिनका द्रव्यमान शून्य है₀ या न्यूट्रिनो के रूप में जिसने इलेक्ट्रॉन चार्ज प्राप्त किया ई। बिलीयर ग्राफीन एक अन्य प्रकार के अर्ध-कणों को दर्शाता है जिनकी कोई ज्ञात उपमा नहीं है। वे डिराक और श्रोडिंगर समीकरणों के संयोजन द्वारा वर्णित बड़े पैमाने पर डिराक फर्मियन हैं।

ग्राफीन की बैंड संरचना।—ग्राफीन एक अर्ध-धातु है और एक शून्य-अंतराल अर्धचालक है (चित्र 4ए)। इसके अलावा, बिलीयर ग्राफीन की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना विद्युत क्षेत्र प्रभाव के माध्यम से महत्वपूर्ण रूप से बदलती है, और अर्धचालक अंतराल ΔE को लगातार शून्य से ≈0.3 eV तक ट्यून किया जा सकता है यदि SiO₂ एक ढांकता हुआ के रूप में प्रयोग किया जाता है। आईबीएम द्वारा हाल ही में किए गए एक अध्ययन ने साक्ष्य प्रदान किया जहां ऊर्जा बैंड अंतराल को संरचना का उपयोग करके 0.13 eV के क्रम में ट्यून किया गया था जैसा कि चित्र 4b में दिखाया गया है।

तापीय चालकता और गतिशीलता।-ग्राफीन एक 2डी पदार्थ है जहां फोनन का प्रकीर्णन बहुत कम या बिल्कुल नहीं होता है। सामान्य तौर पर, सिस्टम में कम ऊर्जा वाले फोनन गर्मी हस्तांतरण में शामिल होते हैं; इसलिए, यह उच्च तापीय चालकता प्रदान करता है। ग्राफीन एंबिपोलर विद्युत क्षेत्र प्रभाव प्रदर्शित करता है (चित्र 5ए) जैसे कि चार्ज वाहक को इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के बीच लगातार 10 तक सांद्रता के साथ ट्यून किया जा सकता है¹³ cm^{- 2} (अंजीर। 5 बी), और उनकी गतिशीलता μ 15,000 सेमी . से अधिक है² V^{- 1} s^{- 1} परिवेश की परिस्थितियों में भी। देखी गई गतिशीलता तापमान टी पर कमजोर रूप से निर्भर करती है, जिसका अर्थ है कि 300 K पर μ अभी भी अशुद्धता के बिखरने से सीमित है, और इसलिए इसमें काफी सुधार किया जा सकता है, शायद 100,000 सेमी तक भी।² V^{- 1} s^{- 1}. ग्राफीन में, μ उच्च n (>10 .) पर भी उच्च रहता है¹² cm^{- 2}) विद्युत और रासायनिक रूप से डोप किए गए दोनों उपकरणों में, जो उप-माइक्रोमीटर पैमाने पर बैलिस्टिक परिवहन में अनुवाद करता है (वर्तमान में 0.3 K पर ≈300 माइक्रोन तक)।

अंजीर। 2 सी। Cu पर ग्राफीन की वृद्धि के प्रारंभिक चरण। (i) Cu पर ग्राफीन का SEM। (ii) SiO2/Si पर ग्राफीन के रामन मानचित्र। भाग (i) और (ii) ईसीएस लेनदेन, 19(5), 41 (2009) के सौजन्य से पुन: प्रस्तुत किए गए। (iii) नी पर उगाई गई ग्राफीन फिल्में और एक सी वेफर पर स्थानांतरित। नैनो लेट., 9, 30 (2009) की अनुमति से पुन: प्रस्तुत।

सिस्टम की चरम इलेक्ट्रॉनिक गुणवत्ता का एक और संकेत क्वांटम हॉल प्रभाव (क्यूएचई) है जिसे देखा जा सकता है (छवि 5 सी), कमरे के तापमान पर भी ग्रैफेन में, क्यूएचई के लिए पिछले तापमान सीमा को 10 के कारक से बढ़ाता है। ग्राफीन के अनुप्रयोग

अंजीर। 3. (ए) श्रोडिंगर के फर्मियन; हरा बिंदु इलेक्ट्रॉन है। (बी) ग्रैफेन में डिराक फर्मियन। विज्ञान समीक्षा, 324, 1531 (2009) की अनुमति के साथ पुनरुत्पादित

पिछले खंड में उल्लिखित ग्रेफीन के असामान्य गुण इसके साथ युग्मित हैं: (i) उच्च ऑप्टिकल पारदर्शिता, (ii) रासायनिक जड़ता, और (iii) कम लागत इसे औद्योगिक अनुप्रयोगों के कॉर्नुकोपिया के लिए व्यवहार्य बनाती है। अनुप्रयोगों का एक क्रॉस-सेक्शन, जो विशिष्ट ग्राफीन गुणों का लाभ उठाता है, का विवरण नीचे दिया गया है।

• उच्चतम ई-फील्ड-प्रेरित सांद्रता पर भी उच्च गतिशीलता वाहक को बैलिस्टिक बनाती है जिससे 300 K पर एक बैलिस्टिक FET डिवाइस को जन्म मिलता है।
• इसकी एएच समरूपता और रैखिक फैलाव के कारण यह आरएफ और उच्च आवृत्ति अनुप्रयोगों जैसे टीएचजेड डिटेक्टरों और लेजर के लिए उपयुक्त है
• इसके रासायनिक सेंसर और एमईएमएस-आधारित अनुप्रयोगों में भी इसके अनुप्रयोग हैं
• ग्रैफेन आधारित इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए एक अन्य मार्ग एक चैनल सामग्री के बजाय ग्रैफेन को एक प्रवाहकीय शीट के रूप में मानना ​​​​है जिसका उपयोग सिंगलइलेक्ट्रॉन-ट्रांजिस्टर (एसईटी) बनाने के लिए किया जा सकता है।
• सुपरकंडक्टिंग एफईटी और कमरे के तापमान स्पिंट्रोनिक्स
• पारदर्शी इलेक्ट्रोड

ग्राफीन पर आधारित व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य उपकरणों में से एक RF-FET है, क्योंकि इसके गुण कम शक्ति / उच्च गति अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं। आईबीएम ने सब्सट्रेट के रूप में SiC का उपयोग करते हुए 2 इंच के वेफर्स पर RF-FET के सफल निर्माण का प्रदर्शन किया है।¹⁸ उन्होंने एक बेहतर विद्युत प्रदर्शन प्राप्त किया जब डिवाइस स्वयं-उपज बेहतर हॉल गतिशीलता और उच्च I . था_D और जी_m. इसके अलावा, उन्होंने f . प्राप्त किया_t 170 एनएम गेट लंबाई (छवि 90 ए) पर अधिकतम 6 गीगाहर्ट्ज़। सैमसंग ने 6 इंच के वेफर्स पर आरएफ डिवाइस के लिए भी अच्छी विशेषताएं प्राप्त कीं¹⁹ 200 उम (छवि 0.24 बी) पर 6 गीगाहर्ट्ज के करीब वर्तमान लाभ के साथ।

अंजीर। 4. (ए) ग्राफीन की बैंड संरचना। संयोजकता और चालन बैंड ब्रिलौइन क्षेत्र में असतत बिंदुओं पर स्पर्श करते हैं। फिजिक्स टुडे, 59(1), 21 (2006) की अनुमति से पुन: प्रस्तुत। (बी) एक विद्युत क्षेत्र द्वारा बिलीयर ग्रैफेन में बैंडगैप खोलने का योजनाबद्ध चित्रण (i)। (ii) गैप को खोलने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण की योजना। (iii) ग्राफीन FET की स्थानांतरण विशेषताएँ। आईईडीएम टेक की अनुमति से पुन: प्रस्तुत। डाइजेस्ट, 23.1.1, 552 (2010)।

अंजीर। 5. (ए) सिंगल-लेयर ग्राफीन में एम्बीपोलर ई-फील्ड प्रभाव। वे गेट
उच्च गतिशीलता की प्रतिरोधकता की वोल्टेज और तापमान निर्भरता
नमूना (μ 20,000 सेमी2 वी-1एस−1)। (बी) बनाम वीजी तीन प्रतिनिधि पर
तापमान, T = 0.03K, 77K, और 300 K समान प्रदर्शन दिखा रहा है
शून्य फोनन प्रकीर्णन के कारण भाग (ए) और (बी) अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत किया गया
यूरो का। भौतिक. जे। विशेष विषय, ईडीपी विज्ञान, स्प्रिंगर-वेरलाग, 148,
15 (2007)। (सी) ग्राफीन चिरल क्वांटम हॉल प्रभाव। के साथ पुनरुत्पादित
आज भौतिकी की अनुमति, 60(8), 35 (2007)।

जबकि दोनों मामलों में एक उच्च-के सामग्री का उपयोग गेट डाइलेक्ट्रिक के रूप में किया गया था, एच-बीएन इसकी सामग्री के बाद से एक बेहतर विकल्प प्रतीत होता है

गुण²⁰ ग्राफीन के करीब हैं (चित्र 6c)। संरचना ग्रेफाइट का एक इन्सुलेट आइसोमोर्फ है, जो ग्रेफीन डिवाइस की गतिशीलता को बढ़ाता है। हालांकि, एक प्रमुख मुद्दा जो इन उपकरणों के प्रदर्शन को सीमित करता है, वह है खराब संपर्क प्रतिरोध; संपर्क प्रतिरोध मान वर्तमान में किलो-ओम के क्रम में हैं।

ग्रैफेन का एक और संभावित निकट-अवधि का अनुप्रयोग सैमसंग द्वारा प्रदर्शित पारदर्शी टच स्क्रीन है।²¹ एक रोलर का उपयोग करते हुए, सीवीडी-विकसित ग्राफीन को एक चिपकने वाले बहुलक समर्थन के खिलाफ दबाकर स्थानांतरित किया गया है और फिर तांबे को हटा दिया जाता है, जिससे बहुलक से जुड़ी ग्राफीन फिल्म निकल जाती है। फिर ग्राफीन को एक अंतिम सब्सट्रेट के खिलाफ दबाया जा सकता है - जैसे पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट (पीईटी) - फिर से रोलर्स का उपयोग करके और हीटिंग द्वारा जारी बहुलक चिपकने वाला। ग्रैफेन की बाद की परतों को इसी तरह से जोड़ा जा सकता है, जिससे एक बड़ी ग्रैफेन फिल्म बनाई जा सकती है। एक बड़े, पारदर्शी इलेक्ट्रोड को वहन करने के लिए नाइट्रिक एसिड के साथ इलाज करके ग्राफीन को डोप किया गया था, जिसे टच-स्क्रीन डिवाइस एप्लिकेशन (चित्र 7) में काम करने के लिए प्रदर्शित किया गया था। यह ग्राफीन इलेक्ट्रोड संभावित रूप से ऐसे अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक पारदर्शी इलेक्ट्रोड को प्रतिस्थापित कर सकता है, जो वर्तमान में आईटीओ जैसे पारदर्शी संवाहक ऑक्साइड से बने होते हैं। हालांकि, ग्राफीन इलेक्ट्रोड में बेहतर पारदर्शिता है और यह कठिन है। आईटीओ जैसी ऑक्साइड सामग्री आमतौर पर नाजुक और कमजोर होती है जो एक सीमित जीवन काल की ओर ले जाती है; दूसरी ओर, ग्रैफीन आधारित स्क्रीन का जीवनकाल लंबा होना चाहिए।

अंजीर। 6. वर्तमान लाभ फीट, अधिकतम विशेषताएं: (ए) आईबीएम 170 एनएम की गेट लंबाई के लिए 90 गीगाहर्ट्ज की कट-ऑफ आवृत्ति दिखा रहा है। 17 की अनुमति से पुन: उत्पादित
आईईडीएम टेक। डाइजेस्ट, 9.6.1-9.6.3, 226 (2010); (बी) सैमसंग 200 माइक्रोन की गेट लंबाई के लिए 0.24 गीगाहर्ट्ज की कट-ऑफ आवृत्ति दिखा रहा है। 18 अनुमति द्वारा पुन: उत्पादित
आईईडीएम टेक के। डाइजेस्ट, 23.5.1-23.5.4, 568 (2010); और (सी) गेट डाइलेक्ट्रिक के रूप में बीएन का उपयोग करके निर्मित 0.44 um डिवाइस की आंतरिक IV विशेषताएं। ठोस रेखाएं
मॉडल फिटिंग कर्व्स को इंगित करें। 19 IEDM टेक की अनुमति से पुन: प्रस्तुत। डाइजेस्ट, 23.2.1-23.2.4, 556 (2010)।

लेखक के बारे में

यॉ ओबेंग कॉर्पोरेट, उद्यमशीलता और शैक्षणिक वातावरण में 20 से अधिक वर्षों का सिद्ध तकनीकी नेतृत्व है। वर्तमान में, वह मैरीलैंड के गैथर्सबर्ग में राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान (एनआईएसटी) में माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक कार्यक्रमों के कार्यालय के साथ एक वरिष्ठ वैज्ञानिक के रूप में कार्य करते हैं।

उन्होंने पहले AT&T/Lucent Technologies/Agere Systems Bell Laboratories और Texas Instruments के साथ काम किया था। उन्होंने दो स्टार्ट-अप कंपनियों (psiloQuest, Inc. और Nkanea Technologies, Inc.) की सह-स्थापना भी की है, जो सेमीकंडक्टर और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स निर्माण के लिए नई सामग्री के विकास के लिए समर्पित हैं। वह 50 से अधिक अमेरिकी और अंतरराष्ट्रीय पेटेंट के आविष्कारक हैं, और उन्होंने विभिन्न तकनीकी प्रकाशनों में 100 से अधिक पत्र प्रकाशित किए हैं। डॉ. ओबेंग के पास क्लेम्सन यूनिवर्सिटी और यूनिवर्सिटी ऑफ़ सेंट्रल फ़्लोरिडा, ऑरलैंडो में एडजंक्ट प्रोफेसरशिप है जहां उन्होंने कई स्नातक छात्रों को सलाह दी है। वह अमेरिकन इंस्टीट्यूट ऑफ केमिस्ट्स के फेलो हैं। उस पर पहुंचा जा सकता है yaw.obeng@nist.gov।

पुरुषोत्तमन श्रीनिवासनी वर्तमान में टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स, डलास में तकनीकी स्टाफ के सदस्य हैं। वह 1/f शोर पर जोर देने के साथ कम बिजली अनुप्रयोगों के लिए उन्नत सीएमओएस उपकरणों के अनुसंधान और विकास में शामिल रहे हैं। उनकी वर्तमान गतिविधियों में ईसीएस में ग्राफीन के लिए संगोष्ठी का आयोजन शामिल है। वह ईसीएस में एक कार्यकारी समिति के सदस्य और डाइलेक्ट्रिक साइंस एंड टेक्नोलॉजी डिवीजन के सदस्यता अध्यक्ष भी हैं। वह एसआरसी तकनीकी सलाहकार बोर्ड के सदस्य और विभिन्न परियोजनाओं के संपर्क सदस्य भी हैं। टीआई में शामिल होने से पहले, उन्होंने 2007 में आईएमईसी, ल्यूवेन और एनजेआईटी से पीएचडी की डिग्री प्राप्त की। उन्होंने 2006 की गर्मियों में आईबीएम टीजे वाटसन रिसर्च सेंटर, यॉर्कटाउन हाइट्स, एनवाई में एक शोधकर्ता के रूप में बिताया। उन्होंने 2007 में अपने सर्वश्रेष्ठ डॉक्टरेट शोध प्रबंध के लिए हाशिमोटो पुरस्कार जीता। वह IEEE के एक वरिष्ठ सदस्य हैं, उन्होंने 2 पुस्तकों का संपादन किया है, 50 से अधिक अंतर्राष्ट्रीय प्रकाशनों के लेखक और सह-लेखक हैं, उनके पास 3 पेटेंट हैं और कम से कम 6 के लिए समीक्षक के रूप में भी कार्य करते हैं। पत्रिकाओं, सहित इलेक्ट्रोकेमिकल सोसायटी का जर्नल. उस पर पहुंचा जा सकता है श्रीनिवासन @ ती। कॉम।

अंजीर। 7. (ए) ग्राफीन शीट का औद्योगिक उत्पादन। (बी) ग्रैफेन का उपयोग कर सैमसंग की पारदर्शी टच स्क्रीन तकनीक। प्रकृति की अनुमति से पुनरुत्पादित
नैनोटेक्नोलॉजी, 5, 574 (2010)।

स्रोत: spr11_p047-052.pdf