Uudella, helpommin valmistettavalla grafeenikomponentilla saatiin lupaavia tuloksia
Havainnekuva GaSe-grafeeni -komponentin rakenteesta.
Grafeenista on povattu elektroniikan mullistajaa siitä lähtien, kun Andre Geim ja Konstantin Novoselov saivat 2010 fysiikan Nobelin sillä tekemistään läpimurtokokeista.
Grafeeni on 2D-materiaali, eli vain yhden atomikerroksen paksuinen. Ohuudestaan huolimatta se johtaa erinomaisesti sähköä ja lämpöä ja on äärimmäisen kestävää. Grafeenin energia-aukko on kuitenkin nolla, mikä heikentää siitä valmistettujen komponenttien virran on-off-suhdetta ja rajoittaa siksi sen käyttöä puolijohdemateriaalina.
Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet valmistamaan ominaisuuksiltaan erittäin lupaavan sähköä johtavan komponentin yhdistämällä grafeenin ja toisen 2D-materiaalin, gallium-seleenin, tavalla, jota puolijohdevalmistuksessa kutsutaan heteroliitokseksi. Tulokset julkaistiin äskettäin Advanced Materials -tiedejulkaisussa.
– Tämä on ensimmäinen kerta, kun gallium-seleeniä käytetään grafeenin kanssa puolijohdemateriaalien heteroliitoksissa, kertoo tutkimusryhmän johtaja Juha Riikonen.
– Heteroliitokset ovat olennainen osa puolijohdeteollisuutta, sillä ne muodostavat pohjan muun muassa lasereille ja transistoreille. Perinteisiin, piitä sisältäviin komponentteihin verrattuna meidän komponenttimme on kuitenkin äärimmäisen ohut, vain kymmenestuhannesosa hiuksen halkaisijasta, kuvailee tutkija Wonjae Kim.
Laboratoriosta teollisuuteen
Aikaisemmissa tutkimuksissa grafeeniin yhdistetyt 2D-rakenteet on pitänyt valmistaa manuaalisesti, kerros kerrokselta, mikä on tehnyt prosessista hitaan, haastavan ja vaikeasti skaalattavan. Uusi komponenttirakenne mahdollistaa työlään käsityövaiheen korvaamisen puolijohdeteollisuudesta tutuilla valmistusmenetelmillä.
– Tavoitteemme on tuoda huippuluokan komponentit tutkimuslaboratoriosta teollisuuteen. Uuden, yksinkertaisemman valmistustavan lisäksi komponentti on myös ominaisuuksiltaan erinomainen. Esimerkiksi sen elektroniikan kannalta olennainen on-off-suhde on jopa 10³, mikä osoittaa sekä materiaaliyhdistelmän että rakenteen toimivuuden, Kim kiteyttää.
Läpinäkyvyys ja äärimäisen ohuuden tuoma taipuisuus avaavat myös elektroniikan kehittämiseen aivan uusia mahdollisuuksia. Kimin mukaan ne voisivat soveltua esimerkiksi puettavaan elektroniikkaan ja niitä voitaisiin yhdistää silmälaseihin ja ikkunoihin. Lisäksi komponentti sopii hyvin erilaisiin sensoreihin.
Linkki julkaisun abstraktiin
³¢¾±²õä³Ù¾±±ð³Ù´ÇÂá²¹:
Juha Riikonen
Puh. 050 347 6388
juha.riikonen@aalto.fi
Lue lisää uutisia
Tohtoriopintojen uusi THOPS-​työkalu julkaistu
Uusi digitaalinen THOPS-työkalu on korvannut opiskelijoiden vanhat THOPS-tehtävät MyStudies-työpöydällä ja vastuuprofessoreiden hyväksyntämenetelmän Student Success Hubissa.
Esitarkastus- ja valmistumisaikataulut kesällä 2026
Tietoa väitöskirjan esitarkastuksesta, julkisesta väitöstilaisuudesta ja valmistumisesta tohtoriksi kesällä 2026
Edullinen ratkaisu 6G-katveeseen: tutkijoiden kehittämät metakidepaneelit ohjaavat langattomia signaaleja myös kulman taakse
Tutkijoiden kehittämät paneelit ohjaavat radioaaltoja fyysisten esteiden ympäri – ilman ylimääräistä elektroniikkaa, virtalähteitä tai aktiivista viritystä.