(PhysOrg.com) -- Grafeen, een één atoom dikke laag grafietkoolstof, heeft een groot potentieel om elektronische apparaten zoals radio's, computers en telefoons sneller en kleiner. Maar de unieke eigenschappen ervan hebben ook geleid tot problemen bij het integreren van het materiaal in dergelijke apparaten.

In een paper gepubliceerd op 1 september in het tijdschrift Natuur , een groep UCLA-onderzoekers demonstreert hoe ze een aantal van deze moeilijkheden hebben overwonnen om de snelste grafeentransistor tot nu toe te fabriceren.

Met de hoogst bekende draaggolfmobiliteit - de snelheid waarmee elektronische informatie door een materiaal wordt verzonden - is grafeen een goede kandidaat voor snelle radiofrequentie-elektronica. Maar traditionele technieken voor het vervaardigen van het materiaal leiden vaak tot verslechtering van de kwaliteit van het apparaat.

Het UCLA-team, onder leiding van hoogleraar scheikunde en biochemie Xiangfeng Duan, heeft een nieuw fabricageproces ontwikkeld voor grafeentransistors met behulp van een nanodraad als de zelf-uitgelijnde poort.

Zelf-uitgelijnde poorten zijn een sleutelelement in moderne transistors, dit zijn halfgeleiderapparaten die worden gebruikt om elektronische signalen te versterken en te schakelen. Gates worden gebruikt om de transistor tussen verschillende toestanden te schakelen, en zelf-uitgelijnde poorten werden ontwikkeld om problemen van verkeerde uitlijning op te lossen die optreden als gevolg van de krimpende schaal van elektronica.

Om de nieuwe fabricagetechniek te ontwikkelen, Duan werkte samen met twee andere onderzoekers van het California NanoSystems Institute aan de UCLA, Yu Huang, een assistent-professor materiaalkunde en techniek aan de Henry Samueli School of Engineering and Applied Sciences, en Kang Wang, een professor in elektrotechniek aan de Samueli School.

"Deze nieuwe strategie overwint twee beperkingen die eerder werden aangetroffen in grafeentransistors, ' zei Duan. 'Eerst, het veroorzaakt geen noemenswaardige defecten in het grafeen tijdens de fabricage, zodat de hoge mobiliteit van de drager behouden blijft. Tweede, door een zelf-uitgelijnde benadering te gebruiken met een nanodraad als poort, de groep was in staat om eerder ondervonden uitlijningsproblemen te overwinnen en zeer korte-kanaals apparaten te fabriceren met ongekende prestaties."

Dankzij deze vooruitgang kon het team de grafeentransistors met de hoogste snelheid tot nu toe demonstreren, met een afsnijfrequentie tot 300 GHz - vergelijkbaar met de allerbeste transistors van materialen met een hoge elektronenmobiliteit, zoals galliumarsenide of indiumfosfide.

"We zijn erg enthousiast over onze aanpak en de resultaten, en we doen momenteel extra inspanningen om de aanpak op te schalen en de snelheid verder te verhogen", aldus Lei Liao, een postdoctoraal onderzoeker aan de UCLA.

High-speed radiofrequentie-elektronica kan ook brede toepassingen vinden in microgolfcommunicatie, beeld- en radartechnologieën.