Silikon karbür (SiC) üzerine grafen malzemesinin büyütülmesi geniş çaplı grafen büyütmelerine ve dolayısıyla endüstriyel üretime uygun grafen aygıtların yapılmasına olanak tanımaktadır. Türkiye’den Gazi Üniversitesi’nde Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu, Bilkent Üniversitesi’nde Nanoteknoloji Araştırma Merkezi’nden araştırmacılar ile İsveç Linkoping Teknoloji Üniversitesi’nden araştırmacılar SiC üzerine büyütülen grafenin elektriksel iletim mekanizmalarını incelediler. Yapılan araştırmada SiC ve grafenden oluşan sistemin iki boyutlu ve üç boyutlu yük taşıyıcılarına sahip olduğu ortaya çıkarıldı. Ayrıca bu yük taşıyıcıların, bir grafen temelli aygıtın işleyişinde önemli etkilere sahip olan iletim özelliklerinin anlaşılmasında önemli bir adım atıldı.
Bir atom kalınlığında bal peteği örgüsüne sahip saf grafen malzemesinin band yapısında yarıiletkenlerin bir özelliği olan yasak band aralığı yoktur. Ancak bir alttaş üzerine grafenin büyütülmesi veya taşınması işlemi ile grafen yarıiletken davranışı gösterebilir. Yarıiletken özelliğine sahip bir grafende geniş çaplı grafen üretimi için en iyi alttaş seçimlerinden biri SiC’dür.
Bir yarıiletken sistem için yük taşıyıcılarının yoğunluğu ve hareketliliğini belirlemek bu yarıiletken sistemin başarılı bir karakterizasyonu için büyük öneme sahiptir. İncelenen yarıiletken sistemin yük taşıyıcıları hem 3 boyutlu hem de 2 boyutlu taşıyıcılardan oluşabilir. SiC alttaş üzerine grafenin büyütülmesi ile SiC’deki 3 boyutlu taşıyıcıların iletime katılıp katılmadığı bilinmiyordu. Bu katkıyı gözlemleyebilmek için araştırmacılar, Gazi Üniversitesi Fizik Bölümü’nde öğretim üyesi Doç.Dr. Sefer Bora LİŞESİVDİN ve çalışma arkadaşları tarafından 2009 yılında yarıiletken malzemelerde elektriksel iletimdeki iki boyutlu ve üç boyutlu yük taşıyıcılarını ayrıştırmak için geliştirilen Basit Paralel İletim Ayrıştırma Yöntemi‘ni (SPCEM) uyguladılar.
SiC üzerine büyütülen grafenin iletim özellikleri SiC’ün kalitesine de bağlıdır. SiC, elektriksel uygulamalarda paralel bir iletim kanalına yol açabildiği için bu iletim kanalının kontrol edilebilmesi önemlidir. Grafikte SiC alttaş üzerine büyütülen grafen temsil edilmektedir. Görsel: © Dr. S. B. Lişesivdin.
SiC üzerine epitaksiyel büyütülen grafen malzemesinin sıcaklığa bağlı yük taşıyıcı yoğunluklarına ve hareketliliğe ait deneysel veriler kullanılarak yapılan analizde araştırmacılar grafen ve SiC’den oluşan bu sistemin grafenden gelen 2 boyutlu taşıyıcılar ve SiC alttaştan gelen üç boyutlu taşıyıcılar ihtiva ettiğini buldular.
Bu araştırmanın bulguları bir alttaş üzerine büyütülen grafen malzemesinin elektriksel iletim özelliklerinin daha iyi anlaşılmasında önemli bir rol oynayabilir. Ayrıca Basit Paralel İletim Ayrıştırma Yöntemi’nin 2 boyutlu ve 3 boyutlu taşıyıcıların ayrıştırılmasında yarıiletken malzemeler dışında yarıiletken özelliklere sahip grafen malzemesi için de geçerli olduğu araştırmacılar tarafından kanıtlanmış oldu.
Araştırma Physica E: Low Dimensional Systems and Nanostructures dergisinde yayınlandı.
Daha fazla bilgi için: SB Lisesivdin, G Atmaca, E Arslan, S Çakmakyapan, Ö Kazar, S Bütün, J Ul-Hassan, E Janzén, E Özbay, Extraction and scattering analyses of 2D and bulk carriers in epitaxial graphene-on-SiC structure, Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 63, 87-92 (2014). DOI: 10.1016/j.physe.2014.05.016
Gazi Üniversitesi Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu (NDCT)
http://www.ndct.org
Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (NANOTAM)
http://www.nanotam.bilkent.edu.tr/
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca
