Grafeen groeien valt niet mee

Sinds onderzoekers in André Geims laboratorium in Manchester de eerste laagjes grafiet uit elkaar trokken met een ordinair rolletje plakband, is de beer los. Technische media, ook de serieuze, roemen sindsdien de atoomdikke honingraatachtige koolstofverbinding als potentiële opvolger van silicium. Ook al weet iedereen dat een bewezen technologie zich niet van de ene dag op de andere laat verstoten, het is geen complete onzin.

Er is een fysische basis om in grafeen een ideale basis voor elektronica te zien. De mobiliteit van de ladingsdragers is stukken groter dan in silicium. Daardoor zouden transistoren sneller kunnen schakelen. Recent onderzoek van de University of Maryland heeft bijvoorbeeld aangetoond dat de elektronmobiliteit in monolagen van grafeen op silicium zo‘n 15 duizend vierkante centimeter per voltseconde bedraagt. En dan gooien vuiltjes nog roet in het eten. Met superzuiver grafeen op een beter substraat zou zelf 200 duizend vierkante centimeter per voltseconde mogelijk zijn.

Bovendien vertoont het elektrische gedrag een hele andere temperatuursafhankelijkheid dan traditionele halfgeleiders. Meestal zakt de mobiliteit van ladingsdragers naarmate de temperatuur stijgt. Dat komt – in een notendop – omdat ’warmere‘ atomen harder trillen en daarmee passerende deeltjes in de weg zitten. Bij grafeen is het anders, maar niet andersom. De weerstand blijkt nauwelijks af te hangen van de temperatuur. Daarom zouden transitoren op basis van dit materiaal minder koeling nodig hebben. Dat is geen onbelangrijk voordeel in een tijd dat processorfabrikanten op multicore overschakelen omdat excessieve warmteontwikkeling hen daartoe dwingt.