Grafeen eindelijk een halfgeleider

Onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory hebben ontdekt dat een bilaag van grafeen in elektrisch veld een bandgap verkrijgt. Van zichzelf ontberen twee symmetrisch op elkaar gelegde vellen grafeen deze verboden energetische zone, net als enkellaags grafeen overigens. Zonder bandgap is het ’kippengaas‘ van koolstof geen echte halfgeleider en is het dus niet mogelijk om er transistoren mee te maken. Toch is dat wel een aanlokkelijk perspectief, omdat elektronen zich met uitzonderlijk hoge snelheid door dit materiaal bewegen.

De Amerikanen deden hun metingen aan een Fet met twee gate-elektroden, waarbij de bilaag is ingeklemd tussen een silicium en een platina elektrode. Laagjes siliciumdioxide en aluminiumoxide isoleren de beide elektroden en grafeen elektrisch van elkaar. Bij verschillende combinaties van gatespanningen bepaalden de onderzoekers vervolgens de bandgap door de optische transmissie te meten met een lichtbundel uit een synchrotronbron. Deze bleek te variëren van nul tot 250 millivolt – een bescheiden waarde vergeleken met galliumarsenide of silicium, maar het feit dat hij met een elektrische spanning te manipuleren valt, is uniek.

Eerdere experimenten aan dubbellagen grafeen hadden al eens een halfgeleider opgeleverd, maar altijd met complicaties. Een met metaalatomen gedoteerde bilaag levert bijvoorbeeld ook een bandgap op, maar de grootte daarvan is bijzonder moeilijk te controleren. Metingen aan een Fet-structuur met slechts één gate produceerden alleen halfgeleidend grafeen bij temperaturen tegen het absolute nulpunt aan. De onderzoekers van Lawrence Berkeley deden hun werk bij kamertemperatuur.