グラフェンは電子製品の効率と性能を高めることが期待されているが、材料模倣品は誰もその潜在力を機能性半導体に転化することを阻止してきた--現在に至る。ジョージア工科大学の画期的な研究で、科学者たちは世界で初めて成功したグラフェン半導体を創造した。

グラフェン：半金属

グラフェンは長い間、高い電子移動度、優れた熱伝導性、優れた機械的強度を含む優れた電気的性質を持つ材料とされてきた。その炭素原子が2次元ハニカム格子に配列された単層構造により、電子はそれを最小の抵抗で通過することができ、それを既知の最も導電性のある材料の1つにすることができる。

しかし、その潜在力は大きいが、他の物理的制限は従来の半導体用途での使用を阻害している。

その固有状態では、グラフェンは半金属に分類され、半導体や金属のようには見えないことを意味しています。トランジスタなどの電子機器に材料を有効に機能させるためには、材料が電界を介して「開く」ことと「閉じる」ことができるようにバンドギャップが必要です。この原理はシリコン系電子デバイスの機能を支持している。したがって、グラフェンを用いた電子応用の主な課題は、その固有特性を損なうことなく、このシリコンに類似したスイッチング可能な特性を誘導することである。

ジョージア工科大学のグラフェン研究

最近、ジョージア工科大学の研究チームは、世界初のグラフェン系半導体装置を作ったと主張している。

研究者は、特定の炭化ケイ素結晶面上で良好にアニールされた見かけのグラフェンが高移動度の2次元半導体として使用できることを成功裏に証明した。具体的には、このチームは単結晶炭化ケイ素基板上にバンドギャップ0.6 eV、室温移動度5000 cmを超える半導体見かけグラフェン（SEG）を開発した²/Vsは、シリコンや他の2次元半導体よりも明らかに高い。

SEGの製造は、半絶縁性SICチップがアルゴン雰囲気下で黒鉛るつぼ中でアニールされる制御昇華（CCS）炉の制限に関する。グラフェン形成の温度と速度は精密に制御され、その中でシリコンのるつぼからの脱出速度は重要な役割を果たしている。

SEGを特性化するために、チームは走査トンネル顕微鏡（STM）、走査電子顕微鏡（SEM）、低エネルギー電子回折（LEED）、ラマンスペクトルを使用した。これらの方法により、複数のスケールでSEGを詳細に検査し、裸のSiCとグラフェンと区別し、SiC基板との原子位置合わせを確認することができる。

半導体見かけグラフェンの潜在力

研究チームはナノエレクトロニクス分野におけるSEGの潜在力を強調した。

結晶性の良い2次元半導体として、顕著なバンドギャップと高い移動度を有し、SEGはグラフェンなどの材料の電気的優位性を実現する上でこの業界が大きな一歩を踏み出したことを代表している。将来の仕事は、適切な誘電体を持つ大型プラットフォームの確実な製造、ショットキー障壁の管理、集積回路スキームの開発に集中する。最終的に、研究チームはSEGが商業的な実行可能性の潜在力を持っており、2 Dナノエレクトロニクスに確実な影響を与えると信じている。