Graphen-Transistor aus dem Drucker

Wissenschaftler der University of Cambridge haben mit einem Tintenstrahldrucker erstmals Transistoren aus Graphen hergestellt. Technische Einzelheiten haben die Forscher um Andrea Ferrari in einem wissenschaftlichen Aufsatz beschrieben, den sie vergangene Woche auf dem Preprint-Server Arxive.org veröffentlicht haben.

Graphen ist chemisch eng verwandt mit Graphit. Der Werkstoff, für dessen Entdeckung 2010 der Physik-Nobelpreis verliehen worden ist, gilt als Hoffnungsträger für die Elektronik einer Nach-Silizium-Ära. Denn obwohl Graphen zur Klasse der "Halbmetalle" zählt, also an der Schwelle zwischen elektrischem Leiter und Nichtleiter liegt, ist seine Ladungsträgerbeweglichkeit sehr groß. Diese Materialeigenschaft, die beispielsweise die Schaltgeschwindigkeit eines elektronischen Bauteils begrenzt, liegt für Graphen bei bis zu 200.000 Quadratzentimeter pro Voltsekunde – theoretisch wären Graphen-Transistoren denkbar, die bis 500 Gigahertz schalten könnten.

Um aus dem Halbmetall einen Halbleiter zu machen, muss man aus Graphen-Folien allerdings schmale Bänder herstellen; entweder indem man Graphen-Stücke zerschneidet oder die Bänder durch chemische Prozesse erzeugt. Die reproduzierbare Herstellung solcher Graphen-Bänder hat sich bislang allerdings als ziemlich hartnäckiges Problem erwiesen.

Ferrari und seinen Kollegen gelang es mit einer trickreichen Kombination von chemischer Behandlung, Ultraschallbad und Filterung mit einer Ultrazentrifuge, eine Art "Tinte" herzustellen, in der statt Farbteilchen winzige Graphen-Flöckchen schwammen. Diese Tinte druckten die Forscher unter anderem auf einen Silizium-Träger, um daraus Dünnfilm-Transistoren herzustellen. Das Lösungsmittel N-Methylpyrrolidone verhinderte dabei den gefürchteten "Kaffeering-Effekt", der in ungünstigen Fällen dafür sorgen kann, dass sich die gelösten Partikel beim Verdunsten des Lösungsmittels in dünnen Ringen konzentrieren. (wst)