Durchbruch am MIT Graphen bekommt künstliche Bandlücke

Redakteur: Peter Koller

Durchbruch in der Graphen-Forschung: Durch eine clevere Anordnung mehrerer Lagen des möglichen Silizium-Nachfolgers haben MIT-Forscher dem Material eine künstliche Bandlücke verpasst.

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Graphen besteht nur aus einer Atomlage Kohlenstoff in einer Honigwaben-Anordnung (im Bild mit zusätzlichen Elektroden auf der Oberseite). Durch die Kombination und leichte Verschiebung mehrerer Lagen, erzeugten MIT-Forscher nun eine Bandlücke in dem Material. (IBM)
Graphen besteht nur aus einer Atomlage Kohlenstoff in einer Honigwaben-Anordnung (im Bild mit zusätzlichen Elektroden auf der Oberseite). Durch die Kombination und leichte Verschiebung mehrerer Lagen, erzeugten MIT-Forscher nun eine Bandlücke in dem Material. (IBM)

Das Material Graphen, das aus einer nur ein Atom dicken Lage von Kohlenstoff besteht, gilt aufgrund seiner enormen Festigkeit und Ladungsträgerbeweglichkeit als ein heißer Kandidat für eine Nach-Silizium-Elektronik.

Was der Graphen-Elektronik bislang zum Durchbruch aber gefehlt hat, war eine schmale Bandlücke, wie sie etwa beim Silizium vorhanden ist und dem Material seine halbleitenden Eigenschaften gibt.

Die Bandlücke ist der Abstand zwischen zwei Energie-Niveaus – dem Valenz- und dem Leitungsband – zwischen denen Elektronen hin- und herspringen können. Der Abstand der Bänder definiert, ob es sich bei dem Material um einen Leiter, einen Halb- oder einen Nicht-Leiter handelt.

Durch die Kombination von zwei oder drei Lagen von Graphen in einer bestimmten Anordnung konnten Wissenschaftler am renommierten Massachussets Institute of Technology (MIT) nun Graphen eine elektronisch sinnvoll nutzbare Bandlücke verpassen.

"Das ist der Durchbruch für die Graphen-Technologie", ist Professor Michael Strano vom MIT überzeugt. Bei der Methode von Strano und seinen Kollegen stehen die Atome der einen Lage Graphen quasi über den Lücken zwischen den Atomen der anderen Lage. Diese Anordnung wird A-B stacked genannt.

Herstellungsverfahren aus den 50ern

Um dieses Ziel zu erreichen, haben sie eine Methode verwendet, die bereits in den späten 50er-Jahren am MIT entwickelt wurde. Damals hatte die Professorin Mildred Dresselhaus festgestellt, dass sich Bromine zwischen jeder zweiten oder dritten Schicht von Kohlenstoff einlagern und diese leicht auseinander drücken.

Wird der Kohlenstoff anschließend aufgelöst, ergeben sich rund 50 Quadratmikrometer große Graphen-Plättchen mit zwei oder drei Atomlagen und der wünschenswerten Verschiebung der Lagen als A-B stacked.

"Wenn man eine große Zahl solcher A-B stacked Plättchen herstellen will, ist das der Weg", so Strano. Er und seine Kollegen haben daraus bereits einfache Transistoren hergestellt.

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