(PhysOrg.com)-Forskare inom Electro-Optics Center (EOC) Materials Division i Penn State har producerat grafenplattor med en diameter på 100 mm, en viktig milstolpe i utvecklingen av grafen för nästa generations högeffekt, högfrekventa elektroniska enheter.

Grafen är den tvådimensionella formen av grafit och består av tätt bundna kolatomer i ett hexagonalt arrangemang som liknar kycklingnät. Tack vare en elektrons förmåga att röra sig med 1/300 av ljusets hastighet genom grafen (betydligt snabbare än kisel), grafen är ett kandidatmaterial för många höghastighetsdatatillämpningar inom industrin för halvledarutrustning.

Penn State EOC är ett ledande centrum för syntes av grafenmaterial och grafenbaserade enheter. Med hjälp av en process som kallas kiselsublimering, EOC -forskarna David Snyder och Randy Cavalero värmebehandlade kiselkarbidskivor i en högtemperaturugn tills kislet migrerade bort från ytan, lämnar efter sig ett lager av kol som formas till en en till två atoms tjock film av grafen på skivans yta. EOC -skivorna var 100 mm i diameter, den största diametern kommersiellt tillgänglig för kiselkarbidskivor, och överträffade den tidigare demonstrationen på 50 mm.

Enligt EOC:s materialforskare Joshua Robinson, Penn State tillverkar för närvarande fälteffekttransistorer på 100 mm grafenplattorna och kommer att börja testa transistorprestanda i början av 2010. Ett ytterligare mål är att förbättra elektronernas hastighet i grafen från kiselkarbidplattor närmare den teoretiska hastigheten, cirka 100 gånger snabbare än kisel. Det kommer att kräva förbättringar av materialkvaliteten, säger Robinson, men tekniken är ny och det finns gott om utrymme för förbättringar i bearbetningen.

Förutom silikonsublimering, EOC-forskarna Joshua Robinson, Mark Fanton, Brian Weiland, Kathleen Trumbull och Michael LaBella utvecklar syntes och enhetstillverkning av grafen på kisel som ett sätt att uppnå waferdiametrar som överstiger 200 mm, en nödvändighet för att integrera grafen i den befintliga halvledarindustrin. Med stöd av Naval Surface Warfare Center i Crane, Ind., EOC -forskare fokuserar initialt på grafenmaterial för att förbättra transistorprestandan i olika radiofrekvensapplikationer.

Med sin anmärkningsvärda fysiska, kemiska och strukturella egenskaper, grafen studeras över hela världen för elektronik, skärmar, solceller, sensorer, och vätlagring. Grafen har potential att möjliggöra terahertz-beräkningar, vid processorhastigheter 100 till 1, 000 gånger snabbare än kisel. För ett material som först isolerades för bara fem år sedan, grafen börjar snabbt.