DNA slouží ke snadné výrobě grafenu pro elektroniku

Karel Javůrek  |  Věda

Grafen má být materiálem budoucnosti nejen pro čipy, ale i nové materiály. Jeho rozšíření však stále brzdí problémy s levnou a hromadnou výrobou. Pomůže DNA?

Grafen coby jedna z mnoha forem uhlíku, který je v našem vesmíru jedním z nejrozšířenějších chemických prvků, má vynikající vlastnosti pro elektronické části, ale i výjimečné materiály s takovými vlastnostmi, které není možné běžnou cestou v přírodě získat.

Zkoumáním možností grafenu se zabývá velké množství vědeckých týmů po celém světě a přestože představují nejrůznější technologie využívající vlastností grafenu, jedná se většinou o laboratorní prototypy, které mají k hromadné výrobě hodně daleko.

Problémem totiž ani není využití grafenu k různým účelům, které už byly objeveny, ale jeho snadná a levná hromadná výroba pro použití v elektronice. Vědci ze Stanfordu ale možná přišli na jeden ze způsobů, jak se k levné výrobě grafenu dostat.

Nanometrové pásky

Pro použití v elektronice a čipech je nutné grafen vyrábět ve formě velmi tenkých pásků, které jsou určené pro přenos elektronů, jež skrze grafen putují téměř bez jakéhokoli odporu.

Velmi tenké pásky pod hranicí 10 nanometrů je ale problém vyrobit. Všechny současné metody pro výrobu menších pásků z grafenu naráží na různé limity. Vzhledem k použití v elektronických obvodech je však nutné takové grafenové pásky vyrábět menší, vyrábět je rychleji, levněji a ve velkém množství.

Rozčeš si svou DNA

Tým vědců ze Stanfordu využívá přírodní formu bakteriální DNA, kterou lze upravovat a měnit dle potřeby. Pomocí „česání“ (Chromosome combing), které DNA šroubovici natáhne, se na křemíkovém waferu vytvoří tenký pásek.

Pomocí chemických procesů, které zahrnují namočení waferů v roztoku dusičnanu mědnatého a zahřátí v plynové komoře (metan a vodík) na 800 až 1 000 stupňů celsia, je dosaženo grafenových pásků kopírující původní DNA.

Ukázka výroby úzkých grafenových pásků (pod 10 nm) z roztaženého DNA na waferu. Zdroj: nature.com
Ukázka výroby úzkých grafenových pásků (pod 10 nm) z roztaženého DNA na waferu. Zdroj: nature.com

Původní měď se totiž odpaří a zbude téměř čistý grafen. Proces ještě není dokonalý, takže výsledné grafenové pásky obsahují i nekrystalický uhlík, který je nevodivý a funguje tedy jako odpor s náhodným rozmístěním v rámci pásků po celém waferu.

Funkční tranzistor a budoucí optimalizace

Jako důkaz funkčnosti této výrobní metody vědci úspěšně vytvořili i funkční tranzistor, který však bylo nutné napájet příliš vysokým napětím, které prorazí odpor v podobě nečistot nekrystalického uhlíku.

Tip: Nečekané potíže při výrobě příliš malých čipů

Vysoké napětí u takto malých rozměrů je samozřejmě nežádoucí, protože dokáže velmi rychle opotřebovat a následně zničit samotný tranzistor. Další fází je tak vylepšování výroby na takovou úroveň, aby tímto postupem bylo možné vyrábět opravdu čisté grafenové pásky, které budou mít skvělou vodivost a budou tedy ideální pro použití v elektronice.

Bližší a oficiální informace lze nalézt v abstraktu.

Články o grafenu na VTM.cz:

Nejčtenější