ساخت الکترود گرافنی با لایه‌نشانی اتمی به کمک پرتو فرابنفش

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران با رویکرد جدیدی به نام لایه‌نشانی اتمی با کمک پرتو فرابنفش موفق به ساخت الکترود‌هایی از جنس گرافن شدند، به گونه‌ای که خواص ذاتی گرافن در این الکترود‌ها حفظ شده است.

در سال ۲۰۰۴، محققان با گرافن آشنا شدند، ماده‌ای بسیار نازک، انعطاف‌پذیر و رسانای الکتریکی با استحکام قابل توجهی که می‌تواند کاربرد‌های متعددی داشته باشد. با این حال، استفاده از پتانسیل گرافن به عنوان یک جزء، چالش‌های متعددی را به همراه داشته است. به عنوان مثال، ایجاد ترانزیستور‌های مبتنی بر الکترود نیازمند لایه‌نشانی فیلم‌های دی الکتریک بسیار نازک است. متأسفانه، این فرآیند منجر به کاهش خواص الکتریکی گرافن و ایجاد نقص در حین اجرا شده است.

یک تیم تحقیقاتی متشکل از محققانی همچون پروفسور جیهوان‌آن، از گروه مهندسی مکانیک دانشگاه علم و فناوری پوهانگ (POSTECH)، جئونگ وو شین از گروه مهندسی مکانیک در NTU سنگاپور و پارک جئون وو از گروه MSDE در SEOULTECH رویکرد جدیدی به نام رسوب لایه اتمی با کمک پرتو فرابنفش (UV-ALD) را برای تولید الکترود گرافنی استفاده کرد. این روش پیشرو، منجر به تولید موفقیت‌آمیز رابط گرافن-دی الکتریک با کارایی بالا شد. یافته‌های آن‌ها به‌عنوان مقاله روی جلد اول در نسخه ژوئیه Advanced Electronic Materials، ارائه شد.

این تیم تحقیقاتی اولین گروهی بودند که UV-ALD را برای ایجاد لایه‌های دی الکتریک بر روی سطح گرافن که یک ماده دو بعدی است، اعمال کردند. رسوب لایه اتمی (ALD) شامل افزودن لایه‌های بسیار نازک در مقیاس اتمی به یک بستر است و اهمیت آن با کوچک شدن اندازه اجزای نیمه‌هادی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. UV-ALD، که نور ماوراء بنفش را با فرآیند لایه‌نشانی ترکیب می‌کند، امکان قرار دادن فیلم دی الکتریک بیشتری را نسبت به ALD سنتی فراهم می‌کند. با این حال، تا پیش از این، هیچ گروهی کاربرد UV-ALD را برای مواد دو بعدی مانند گرافن بررسی نکرده بود.

این تیم تحقیقاتی از نور ماوراء بنفش با محدوده انرژی کم (زیر ۱۰ eV) برای ایجاد لایه‌های دی الکتریک در مقیاس اتمی بر روی سطح گرافن استفاده کرد و به طور موثر سطح گرافن را بدون به خطر انداختن خواص ذاتی آن فعال کرد. این فعال سازی تحت شرایط خاص (در عرض ۵ ثانیه در هر چرخه در طول فرآیند ALD) به دست آمد، که امکان رسوب فیلم‌های دی الکتریک لایه اتمی با چگالی بالا و خلوص بالا را در دما‌های پایین (زیر ۱۰۰ درجه سانتیگراد) نشان می‌دهد. علاوه بر این، هنگامی که ترانزیستور‌های اثر میدان گرافن با استفاده از فرآیند UV-ALD ساخته شدند، خواص الکتریکی استثنایی گرافن دست نخورده باقی ماند. نتیجه افزایش سه برابری در تحرک بار و کاهش قابل توجه ولتاژ دیراک به دلیل کاهش نقص در سطح گرافن بود.

پروفسور جیهوانان که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، توضیح داد: «از طریق UV-ALD، ما به رابط گرافن-دی الکتریک با کارایی بالا دست یافتیم. مطالعه ما منجر به رسوب لایه اتمی یکنواخت بدون به خطر انداختن خواص این ماده دو بعدی شد. امیدوارم این روش راه را برای نسل بعدی دستگاه‌های نیمه‌هادی و حوزه انرژی هموار کند.»