Uudella, helpommin valmistettavalla grafeenikomponentilla saatiin lupaavia tuloksia

19.02.2016

Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämästä 2D-rakenteesta voi olla hyötyä muun muassa puettavassa elektroniikassa ja sensoreissa.

Artistic illustration of GaSe-graphene device_web.png

Havainnekuva GaSe-grafeeni -komponentin rakenteesta.

Grafeenista on povattu elektroniikan mullistajaa siitä lähtien, kun Andre Geim ja Konstantin Novoselov saivat 2010 fysiikan Nobelin sillä tekemistään läpimurtokokeista.

Grafeeni on 2D-materiaali, eli vain yhden atomikerroksen paksuinen. Ohuudestaan huolimatta se johtaa erinomaisesti sähköä ja lämpöä ja on äärimmäisen kestävää. Grafeenin energia-aukko on kuitenkin nolla, mikä heikentää siitä valmistettujen komponenttien virran on-off-suhdetta ja rajoittaa siksi sen käyttöä puolijohdemateriaalina.  

Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet valmistamaan ominaisuuksiltaan erittäin lupaavan sähköä johtavan komponentin yhdistämällä grafeenin ja toisen 2D-materiaalin, gallium-seleenin, tavalla, jota puolijohdevalmistuksessa kutsutaan heteroliitokseksi. Tulokset julkaistiin äskettäin Advanced Materials -tiedejulkaisussa.

– Tämä on ensimmäinen kerta, kun gallium-seleeniä käytetään grafeenin kanssa puolijohdemateriaalien heteroliitoksissa, kertoo tutkimusryhmän johtaja Juha Riikonen.

– Heteroliitokset ovat olennainen osa puolijohdeteollisuutta, sillä ne muodostavat pohjan muun muassa lasereille ja transistoreille. Perinteisiin, piitä sisältäviin komponentteihin verrattuna meidän komponenttimme on kuitenkin äärimmäisen ohut, vain kymmenestuhannesosa hiuksen halkaisijasta, kuvailee tutkija Wonjae Kim.

Laboratoriosta teollisuuteen

Aikaisemmissa tutkimuksissa grafeeniin yhdistetyt 2D-rakenteet on pitänyt valmistaa manuaalisesti, kerros kerrokselta, mikä on tehnyt prosessista hitaan, haastavan ja vaikeasti skaalattavan. Uusi komponenttirakenne mahdollistaa työlään käsityövaiheen korvaamisen puolijohdeteollisuudesta tutuilla valmistusmenetelmillä.

– Tavoitteemme on tuoda huippuluokan komponentit tutkimuslaboratoriosta teollisuuteen. Uuden, yksinkertaisemman valmistustavan lisäksi komponentti on myös ominaisuuksiltaan erinomainen. Esimerkiksi sen elektroniikan kannalta olennainen on-off-suhde on jopa 10³, mikä osoittaa sekä materiaaliyhdistelmän että rakenteen toimivuuden, Kim kiteyttää.

Läpinäkyvyys ja äärimäisen ohuuden tuoma taipuisuus avaavat myös elektroniikan kehittämiseen aivan uusia mahdollisuuksia. Kimin mukaan ne voisivat soveltua esimerkiksi puettavaan elektroniikkaan ja niitä voitaisiin yhdistää silmälaseihin ja ikkunoihin.  Lisäksi komponentti sopii hyvin erilaisiin sensoreihin.

Linkki julkaisun abstraktiin http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201504514/abstract

Lisätietoja:

Juha Riikonen
Puh. 050 347 6388
juha.riikonen@aalto.fi