Graphen-Transistoren für die Hochleistungselektronik
Neues Verfahren erlaubt Herstellung leistungsfähiger integrierter Schaltkreise aus Graphen und Siliziumkarbid.
Graphen hat außergewöhnliche Eigenschaften, und Wissenschaftler auf der ganzen Welt sehen darin großes Potenzial für die Elektronik. Bereits 2009 haben Erlanger Wissenschaftler das Verfahren zur großflächigen Herstellung von Graphen auf einer Siliziumkarbidschicht entwickelt – allerdings ist es bisher nicht gelungen, leistungsfähige Transistoren mit guten Schalteigenschaften aus Graphen zu entwickeln.
Abb.: Das auf einem Siliziumkarbid-Kristall gewachsene Graphen, ein zweidimensionales Bienenwabengitter aus Kohlenstoffatomen, wird in Leiterbahnen strukturiert und teilweise mit Wasserstoff behandelt. Dadurch wird erreicht, dass Strom (Elektronen: blau) über Graphen-Kontakte (schwarz) in den Siliziumkarbidkristall fließt und durch wasserstoffbehandelte Graphen-Kontakte (rot/gelb) kontrolliert werden kann. (Bild: J. Jobst & S. Hertel)
Genau das haben Heiko Weber vom Lehrstuhl für Angewandte Physik der FAU und seine Mitarbeiter nun geschafft. Dabei gingen sie einen anderen Weg als die meisten ihrer internationalen Kollegen: „Wir verwenden ebenfalls Siliziumkarbid als Trägermaterial für das Graphenwachstum – allerdings nicht als isolierende, sondern als leitfähige Schichtstruktur“, erklärt Weber. „Das heißt, wir nutzen die Eigenschaften beider Materialien für elektronische Prozesse.“
Durch geschickte Strukturierung und Behandlung mit Wasserstoff können die Erlanger Physiker die Grenzfläche zwischen Graphen und Siliziumkarbid manipulieren, um ein Transistor zu erhalten, der exzellente Schalteigenschaften hat und zudem noch schnell ist. „Das Herausragende ist aber, dass der Transistor lediglich aus zwei Materialien besteht, die sehr robust sind“, sagt Heiko Weber. „Diese Technik ist nicht nur für den Bau einzelner Transistoren, sondern auch für die Entwicklung komplexer Schaltkreise geeignet.“
FAU / OD
