Graphit-Folie als optimaler Chip-Baustoff
Graphen, ein Werkstoff aus ein oder wenige Atome dicken Graphitschichten, könnte sich als ideales Material für die Herstellung von Feldeffekttransistoren erweisen.
Graphen, ein Werkstoff aus ein oder wenige Atome dicken Graphitschichten, könnte sich als ideales Material für die Herstellung von Feldeffekttransistoren erweisen. Um dessen elektrische Eigenschaften zu analysieren, haben Forscher unter der Leitung von Andre Geim von der Universität Manchester und aus dem Moskauer Forschungs-Vorort Chernogolovka Graphitfilme mit Dicken von weniger als 10 nm präpariert -- darunter auch Folien, die nur ein Atom dick sind und quasi aus einem einzigen Molekül bestehen. Die Kohlenstoffschichten, die man ebensogut als flächenförmige Buckminsterfulleren-Moleküle wie als zweidimensionale Kristallgitter betrachten kann, zeigen laut dem Wissenschaftsmagazin Science bemerkenswerte mechanische Stabilität und elektrische Leitfähigkeit -- wertvolle Merkmale, wenn man sie zum Beispiel in künftigen Computerchips für Feldeffekttransistoren verwenden will.
Obwohl dort immer noch kovalente Bindungen wie in Graphit oder Benzol vorliegen, verhält sich Graphen wie ein Halbleiter, dessen praktisch komplett mit Elektronen bevölkertes Valenzband sich nur um wenige Millielektronenvolt mit dem mehrheitlich unbesetzten Leitungsband überlappt. Der Abstand zwischen diesen beiden Energiebereichen für die "äußersten" Elektronen des Molekülgitters ist maßgeblich für die Halbleitereigenschaften des Werkstoffs, und im Falle Graphen beobachteten die Forscher, dass die Bänder-Überlappung umso kleiner ausfiel, je dünner die Materialfilme gerieten.
Laut Geim kann man eine extrem dünne Schicht durch ein elektrisches Feld bei einer Gate-Spannung von bis zu 100 V so stark beeinflussen, dass sie sich entweder wie ein reiner Elektronen- oder Löcher-Leiter verhält. Andererseits lassen sich die elektrischen Ladungen in Graphen besonders gut verschieben, weil das Graphenmolekül anders als anorganische Halbleiter so gut wie keine Kristallfehlstellen aufweist und die bewegten Ladungsträger nicht streut. Dadurch sollen sich Stromdichten von bis zu 108 A/cm2 realisieren lassen.
Derzeit arbeiten die Forscher mit Filmen, die nur Hundertstel Millimeter messen, doch Erfinder Geim räumt ein: "Computerbauer brauchen Graphen-Wafer von mehreren Zoll Durchmesser, bevor man das als das 'nächste große Ding' ansehen darf." Trotzdem äußert er sich optimistisch: "Die Zeichen stehen gut, weil es für die räumliche Ausdehnung von solchem Nanogewebe keine fundamentalen Grenzen gibt."
