Monolithic electronic circuits based on epitaxial graphene

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko B. Weber
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238800543

Wir stellen ein Konzept vor, elektronische Schaltkreise auf der Basis des Materialsystems "epitaktisches Graphen" zu bauen. Dieses Materialsystem besteht aus Graphen, Siliziumkarbid und deren epitaktisch definierter Grenzfläche. Wir konnten bereits die Funktion eines einzelnen Transistors demonstrieren, der den Halbleiter als Kanal nutzt und infolgedessen exzellentes Schaltverhalten zeigte - im Gegensatz zu reinen Graphentransistoren. Darüber hinaus erzielt man mit Graphen herausragende ohmsche Kontakte zu SiC im Vergleich zu state-of-the-art Metallkontakten. Wir erwarten, dass mit diesem Transistorprinzip elektrische integrierte Schaltkreise realisiert werden können, vom Schalter, über analoge und digitale Schaltkreise bis hin zur vollständigen Logik. Hierzu sind keine metallischen Verbindungen erforderlich. Diese Schaltungen sind mit äußerst geringem Aufwand herzustellen und könnten mit bereits existierenden Konzepten wie z. B. Graphen-100 GHz-Verstärkern und SiC Leistungstransistoren auf dem selben Chip aufgebaut werden. Auf Grund der vorteilhaften Materialeigenschaften erwarten wir Funktionalität auch bei hohen Betriebstemperaturen sowie hohen Frequenzen. Dies würde Zugang zu neuen Anwendungen und physikalischen Experimenten erschließen. Graphenkontakte ermöglichen zudem einen vertieften experimentellen Zugang zur Physik der Schottky-Grenzfläche, da man den Kontakt von oben, d.h. durch das Graphen charakterisieren kann. Darüber hinaus verfolgen wir hier ein sehr ungewöhnliches Designprinzip für neue Elektronik, in dem die Strukturierung des zweidimensionalen Materials die Eigenschaften des Gesamtsystems bestimmt. Wir erwarten dass das vorgestellte Konzept als Blaupause für zukünftige Schaltkreise auf der Basis zweidimensionaler Materialien dienen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Rasterkraftmikroskop
• Gerätegruppe: 5190 Sonstige elektronenoptische Geräte (außer 404 und 510-518)
• Beteiligte Person: Dr. Michael Krieger