Grafen på kiselkarbid

Den vanligaste problematiken när ett material ska framställas är att det finns inget lämpligt underlag. Ett vanligt exempel är galliumnitrid som används för att göra vita lysdioder. Grundstrukturen i en komponent är en tunn film på en tjock skiva. En sådan skiva kallas substrat och agerar som underlag och stöd för filmen. Eftersom galliumnitrid inte finns som substrat är lösningen att använda ett annat material, exempelvis safir eller kisel, som substrat. Galliumnitrid och liknande material är olika varianter av kristaller som byggs upp av atomerna som materialet består av. Avstånden mellan atomerna i ett substrat av en annan materialtyp kan vara lite annorlunda än avståndet mellan atomerna i filmen. De skilda avstånden mellan atomerna i substrat och film ger då spänningar i materialet, och många defekter bildas i gränsskiktet mellan film och substrat. Defekterna och spänningarna påverkar prestandan på filmen.

Substrate_with_epi_web

För grafen skulle bästa lösningen vara att använda grafit som ett substrat. Men ett lager av kolatomer – grafen – blir då ingen film utan bygger bara vidare på grafiten. Ett sätt att framställa grafen är att använda kiselkarbid. Grafen och kiselkarbid har samma typ av struktur på sina kristaller. Det ökar möjligheter att framställa grafen av hög kvalitet. Kiselkarbid består av kisel och kol. Eftersom kol är en naturlig beståndsdel i kiselkarbid, så är det mycket forskning och utveckling kring att framställa grafen på kiselkarbid.

Kiselkarbid är ett material som inte existerar i smält fas. Istället övergår materialet direkt från fast fas till gasfas. Detta kallas sublimation. Inom fysiken benämns kiselkarbid som SiC, där Si står för kisel och C står för kol enligt periodiska systemet där alla grundämnen är ordnade. När ytan av kiselkarbid värms upp så börjar atomerna röra på sig. Med fortsatt uppvärmning börjar de lämna ytan. Men kisel- och kolatomerna lämnar inte ytan tillsammans två och två. Det bildas olika komponenter som rent kisel (Si) och kombinationer av kisel- och kolatomer, exempelvis som två kiselatomer tillsammans med en kolatom (Si2C), två kolatomer tillsammans med en kiselatom (SiC2), och andra kombinationer av fler kisel- och kolatomer.

Substrate_SiC_web

De olika molekylerna har olika ångtryck. Kisel har högst ångtryck och lämnar ytan snabbare. De olika molekylerna har sedan lägre ångtryck ju fler kisel- och kolatomer som de består av. I stort betyder de olika ångtrycken att mer kisel än kol lämnar ytan. Genom att värma upp kontrollerat så kan resultatet bli att lite mer kisel lämnar ytan och kvar finns kolatomer. Dessa kolatomer kan då bilda ett lager av kolatomer: grafen!

_MG_6777_12_web

Kiselkarbid finns kommersiellt tillgängliga som skivor, och storleken blir allt större. Idag finns skivor som har 150 millimeter i diameter. Kombinationen av hög kvalitet på grafen och stora skivor är nödvändiga för att utveckla ny elektronik.

Advertisements

About mikaelsyvajarvi

Att stanna upp, betrakta och uppleva | www.bildsinne.se
This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s