夢の酸化還元グラフェントランジスタがいよいよ現実に!?

ノースカロライナ州立大学の研究者は、プラスに帯電した(p型)還元型酸化グラフェン(rGO)をマイナスに帯電した(n型)rGOに変換して、電子機器で利用可能なrGOベースのトランジスタ開発に使うことができる積層材料を作るための技術の開発に成功しています。”グラフェンは、非常に導電性が良いのですが、半導体ではありません。酸化グラフェンは、半導体のようにバンドギャップを持ってはいますが導電性に劣ります。なので、私達はrGOを作りました。”と、材料科学・工学部教授で、本研究を説明している論文の責任著者のジェイ・ナラヤン氏は言いました。”しかし、rGOはn型で、なので、n型rGOを作る方法を探す必要がありました。そんなこんなで、現在、我々は、次世代2次元電子デバイス用に、n型rGOを獲得しています。”

還元型酸化グラフェン

Beyond graphene: Advances make reduced graphene oxide electronics feasible

Specifically, Narayan and Anagh Bhaumik — a Ph.D. student in his lab — demonstrated two things in this study. First, they were able to integrate rGO onto sapphire and silicon wafers — across the entire wafer.

ナラヤン氏と彼のラボの博士課程の学生は、本研究で2つのことを証明しています。先ず、彼らは、サファイアとシリコンウエハー上に(ウエハー全体に渡って)rGOを統合しました。

p型rGO-n型rGO変換

Second, the researchers used high-powered laser pulses to disrupt chemical groups at regular intervals across the wafer. This disruption moved electrons from one group to another, effectively converting p-type rGO to n-type rGO. The entire process is done at room temperature and pressure using high-power nanosecond laser pulses, and is completed in less than one-fifth of a microsecond. The laser radiation annealing provides a high degree of spatial and depth control for creating the n-type regions needed to create p-n junction-based two-dimensional electronic devices.

次に、研究者達は、ウエハー全体で等間隔に化学基を分断するために高出力レーザーパルスを使いました。この分断が、電子を、1つの基から他の基へ移動させ、効率的に、p型rGOを、n型rGOに変換しています。全工程が、室温かつ高出力ナノ秒レーザーパルスを用いた圧力で行われていて、1マイクロ秒の5分の1未満で完結しています。レーザー照射アニーリングが、pn接合ベースの2次元電子デバイスを作り出すために必要な、n型領域を生成するための、高度な空間的制御と深度制御を提供しています。

酸化還元グラフェントランジスタ

The end result is a wafer with a layer of n-type rGO on the surface and a layer of p-type rGO underneath.

事の顛末は、表面にn型rGO層、底面にp型rGO層を持ったウエハーの完成です。

This is critical, because the p-n junction, where the two types meet, is what makes the material useful for transistor applications.

このことは、決定的に重要な意味を持っていて、何故なら、p型とn型が接触する、pn接合こそが、その材料を、トランジスタアプリケーションで利用可能にしているものであるからです。

酸化還元グラフェントランジスタを作り出すために必要なウエハーを作り出すための技術が確立されたみたいです。いよいよ、グラフェンを土台にしたトランジスタが実用化される可能性が出てきたわけで、これは今後かなり期待大な技術革新になるかもしれません。