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FAU-Forscher entwickeln Graphen-Siliziumkarbid-Transistoren für integrierte Hochleistungselektronik

24.07.2012
Physiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich aus Graphen und Siliziumkarbid leistungsfähige integrierte Schaltkreise herstellen lassen. Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift „nature communications“ publiziert.

Graphen ist eine Graphitschicht mit der Dicke einer einzigen Atomlage. Das Material hat außergewöhnliche Eigenschaften, und Wissenschaftler auf der ganzen Welt sehen darin großes Potenzial für die Elektronik.


Das auf einem Siliziumkarbid-Kristall gewachsene Graphen, ein zweidimensionales Bienenwabengitter aus Kohlenstoffatomen, wird in Leiterbahnen strukturiert und teilweise mit Wasserstoff behandelt. Dadurch wird erreicht, dass Strom (im Bild: blaue Elektronen) über Graphen-Kontakte (schwarz) in den Siliziumkarbidkristall fließt und durch wasserstoffbehandelte Graphen-Kontakte (rot/gelb) kontrolliert werden kann.
Grafik: J. Jobst, S. Hertel

Bereits 2009 haben Erlanger Wissenschaftler das Verfahren zur großflächigen Herstellung von Graphen auf einer Siliziumkarbidschicht entwickelt – allerdings ist es bisher nicht gelungen, leistungsfähige Transistoren mit guten Schalteigenschaften aus Graphen zu entwickeln.

Genau das haben Prof. Dr. Heiko Weber vom Lehrstuhl für Angewandte Physik der FAU und seine Mitarbeiter nun geschafft. Dabei gingen sie einen anderen Weg als die meisten ihrer internationalen Kollegen: „Wir verwenden ebenfalls Siliziumkarbid als Trägermaterial für das Graphenwachstum – allerdings nicht als isolierende, sondern als leitfähige Schichtstruktur“, erklärt Prof. Weber. „Das heißt, wir nutzen die Eigenschaften beider Materialien für elektronische Prozesse.“

Durch geschickte Strukturierung und Behandlung mit Wasserstoff können die Erlanger Physiker die Grenzfläche zwischen Graphen und Siliziumkarbid so manipulieren, dass ein Transistor entsteht, der exzellente Schalteigenschaften hat und zudem noch schnell ist. „Das Herausragende ist aber, dass der Transistor lediglich aus zwei Materialien besteht, die sehr robust sind“, sagt Heiko Weber. „Diese Technik ist nicht nur für den Bau einzelner Transistoren, sondern auch für die Entwicklung komplexer Schaltkreise geeignet.“

An der weiteren Verfeinerung des Verfahrens arbeiten Heiko Weber und sein Team im Rahmen des Exzellenzclusters „Engineering of Advanced Materials“ (www.eam.uni-erlangen.de) und des Sonderforschungsbereichs 953 der Deutschen Forschungsgemeinschaft an der FAU.
Die Forschungsergebnisse wurden jetzt in der Zeitschrift „nature communications“ publiziert. Das Manuskript hat Open-Access-Status und ist frei im Internet verfügbar (dx.doi.org/10.1038/ncomms1955).

Weitere Informationen für die Medien:

Prof. Dr. Heiko Weber
Tel. 09131/85-28421
heiko.weber@physik.uni-erlangen.de

Heiner Stix | idw
Weitere Informationen:
http://www.lap.physik.uni-erlangen.de

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