Empa entwickelt Transistor aus Graphen-Nanobändern

Nur wenige Atome breite Graphenbänder, sogenannte Graphen-Nanoribbons, haben spezielle elektrische Eigenschaften, die sie zu viel versprechenden Kandidaten für die Nanoelektronik der Zukunft machen: Während Graphen – eine nur ein Atom dünne, bienenwabenförmige Kohlenstoffschicht – ein leitendes Material ist, kann es in Form von Nanobändern zum Halbleiter werden. Das bedeutet, es hat eine genügend grosse Energie- oder Bandlücke, in der keine elektronischen Zustände möglich sind: Dadurch lässt es sich an- und abschalten – und wird so möglicherweise zu einem zentralen Bestandteil von Nanotransistoren.

Kleinste Details in der atomaren Struktur dieser Graphenbänder haben allerdings massive Auswirkungen auf die Grösse der Energielücke – und damit darauf, wie gut sich die Nanoribbons als Bestandteile von Transistoren eignen. Die Grösse der Lücke hängt einerseits von der Breite der Graphenbänder ab, andererseits von der Struktur der Ränder. Da Graphen aus gleichseitigen Kohlenstoff-Sechsecken besteht, kann der Rand je nach Ausrichtung der Bänder eine Zickzack- oder eine so genannte Sessel-Form («armchair») aufweisen. Während sich Bänder mit Zickzackrand wie Metalle verhalten – also leitend sind –, werden sie mit einem Sesselrand zum Halbleiter.

Das bedeutet eine grosse Herausforderung für die Herstellung der Nanoribbons: Werden die Bänder aus einer Schicht Graphen herausgeschnitten oder hergestellt, indem man Kohlenstoff-Nanoröhrchen aufschneidet, kann es sein, dass die Ränder unregelmässig sind – und somit die Graphenbänder nicht die gewünschten elektrischen Eigenschaften zeigen.