(PhysOrg.com) -- Onderzoekers van de Electro-Optics Center (EOC) Materials Division in Penn State hebben grafeenwafels met een diameter van 100 mm geproduceerd, een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van grafeen voor de volgende generatie high-power, hoogfrequente elektronische apparaten.

Grafeen is de tweedimensionale vorm van grafiet en bestaat uit strak gebonden koolstofatomen in een zeshoekige opstelling die lijkt op kippengaas. Dankzij het vermogen van een elektron om met 1/300ste van de lichtsnelheid door grafeen te bewegen (aanzienlijk sneller dan silicium), grafeen is een kandidaat-materiaal voor veel high-speed computertoepassingen in de halfgeleiderindustrie van miljarden dollars.

De Penn State EOC is een toonaangevend centrum voor de synthese van grafeenmaterialen en op grafeen gebaseerde apparaten. Met behulp van een proces genaamd siliciumsublimatie, EOC-onderzoekers David Snyder en Randy Cavalero verwerkten siliciumcarbidewafels thermisch in een oven op hoge temperatuur totdat het silicium wegtrok van het oppervlak, een laag koolstof achterlatend die zich vormde tot een één tot twee atoom dikke film van grafeen op het wafeloppervlak. De EOC-wafels hadden een diameter van 100 mm, de grootste diameter die in de handel verkrijgbaar is voor siliciumcarbidewafels, en overtrof de vorige demonstratie van 50 mm.

Volgens EOC-materiaalwetenschapper Joshua Robinson, Penn State fabriceert momenteel veldeffecttransistoren op de 100 mm grafeenwafels en zal begin 2010 beginnen met het testen van de transistorprestaties. Een ander doel is om de snelheid van elektronen in grafeen gemaakt van siliciumcarbidewafels te verbeteren tot dichter bij de theoretische snelheid, ongeveer 100 keer sneller dan silicium. Dat vereist verbeteringen in de materiaalkwaliteit, zegt Robinson, maar de technologie is nieuw en er is veel ruimte voor verbeteringen in de verwerking.

Naast siliciumsublimatie, EOC-onderzoekers Joshua Robinson, Mark Fanton, Brian Weiland, Kathleen Trumbull en Michael LaBella ontwikkelen de synthese en fabricage van grafeen op silicium als middel om waferdiameters van meer dan 200 mm te bereiken, een noodzaak voor de integratie van grafeen in de bestaande halfgeleiderindustrie. Met de steun van het Naval Surface Warfare Centre in Crane, Ind., EOC-onderzoekers richten zich in eerste instantie op grafeenmaterialen om de transistorprestaties in verschillende radiofrequentie (RF) -toepassingen te verbeteren.

Met zijn opmerkelijke fysieke, chemische en structurele eigenschappen, grafeen wordt wereldwijd bestudeerd voor elektronica, toont, zonnepanelen, sensoren, en waterstofopslag. Grafeen heeft het potentieel om terahertz-computing mogelijk te maken, bij processorsnelheden 100 tot 1, 000 keer sneller dan silicium. Voor een materiaal dat pas vijf jaar geleden voor het eerst werd geïsoleerd, grafeen maakt een snelle start.