Transistor uit pure koolstof lijkt veelbelovend
Baanbrekend werk aan grafeen is gedaan aan de universiteit van Manchester, door een team onder leiding van André Geim.
Het was hetzelfde team dat ruim twee jaar geleden voor het eerst een velletje grafeen wist te maken, heel simpel door met hulp van plakband een laagje grafiet van een blokje los te trekken.
Grafeen is een nieuwe verschijningsvorm van koolstof. Diamant en grafiet waren de oudst bekende vormen, daarna kwamen de zogeheten buckyballs en nanobuisjes. Grafeen heeft dezelfde structuur als nanobuisjes, alleen dan geheel in het platte vlak. Wetenschappers dachten dat grafeen zichzelf direct zou opkrullen tot nanobuisjes en dat het materiaal dus alleen in theorie zou kunnen bestaan. Zij kregen ongelijk.
In een grafeenlaag worden elektronen niet afgeremd door de moleculen van het dragermateriaal. Doordat de geleiding sneller gaat, functioneren de transistoren ook sneller. Een ander voorbeeld van de nieuwe schakeling is de geringe afmeting. Een grafeen-transistor is minimaal vier keer zo klein als de kleinste siliciumtransistor die tegenwoordig gemaakt kan worden.
Het prototype van de grafeentransistor is 10 nanometer breed en, inherent aan het gebruikte materiaal, niet dikker dan één atoom (0,1 nanometer). Het schakelen van de transistor wordt geregeld door de aan- of afwezigheid van een elektrisch veld. Het veld heeft geen interactie met de rest van de schakeling, wat betekent dat er geen stroom loopt tussen de stuurelektrode en de rest van de transistor. Het is juist deze lekstroom die bij conventionele CMos-transistoren zorgt voor een afname van de effectiviteit.
De onderzoekers hebben de nieuwe transistor aan een reeks tests onderworpen en de belangrijkste conclusie was dat de schakeling het ook doet bij kamertemperatuur. Bovendien kan een grafeentransistor worden gemaakt met een techniek die veel wegheeft van het procédé waarmee siliciumschakelingen worden gemaakt. De uitdaging is nu een techniek te verzinnen om dit soort schakelingen in grote aantallen nauwkeurig te maken.
In Nederland wordt onderzoek naar grafeen gedaan door Uli Zeitler en Jan-Kees Maan van de Radboud Universiteit in Nijmegen. Maan is opgetogen over de nieuwe aanpak: “Het schakelgedrag, ook wel Hall-effect genoemd, is bij andere materialen alleen aanwezig wanneer het geheel wordt gekoeld tot een paar graden boven het absolute nulpunt. Dat het nu ook lukt bij kamertemperatuur is een absolute doorbraak.”