گرافین پر مبنی سیمی کنڈکٹر میں ایک مفید بینڈ گیپ اور ہائی الیکٹران کی نقل و حرکت ہے - فزکس ورلڈ

چین اور امریکہ کے محققین نے گرافین سے بنا ایک فنکشنل سیمی کنڈکٹر بنایا ہے، یہ ایک ایسا کارنامہ ہے جسے وہ پہلے بیان کرتے ہیں۔ موجودہ من گھڑت تکنیکوں کو وسعت دے کر، والٹر ڈی ہیر اور تیانجن یونیورسٹی اور جارجیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے ساتھیوں نے گرافین کی مضبوط اور آسانی سے ٹیون ایبل خصوصیات کو برقرار رکھتے ہوئے 2D مواد میں ایک بینڈ گیپ تیار کیا ہے۔

سلکان جدید سیمی کنڈکٹر الیکٹرانکس کی ریڑھ کی ہڈی ہے۔ تاہم، اعلیٰ کمپیوٹنگ کی رفتار، کم بجلی کی کھپت، اور زیادہ کمپیکٹ ڈیوائسز کے لیے ہماری مسلسل مانگ کی وجہ سے جدید ترین سلیکون پر مبنی ٹیکنالوجیز کو ان کی حد تک بڑھایا جا رہا ہے۔

اب دو دہائیوں سے، محققین نے اس امکان کی تلاش کی ہے کہ گرافین سلکان کا عملی متبادل فراہم کر سکتا ہے۔ پہلی بار 2004 میں الگ تھلگ کیا گیا، گرافین کاربن کی صرف ایک ایٹم موٹی شیٹ ہے۔ تب سے، محققین نے محسوس کیا ہے کہ گرافین میں متعدد خصوصیات ہیں جو اسے الیکٹرانک آلات کے لیے بہت مفید بنا سکتی ہیں۔ ان میں ہائی الیکٹران کی نقل و حرکت شامل ہے۔ ایک مضبوط، ہلکا پھلکا، انتہائی کمپیکٹ ڈھانچہ؛ اور بہترین گرمی کی کھپت۔

ایک بڑی خرابی۔

تاہم، گرافین میں ایک بڑی خرابی ہے۔ روایتی سیمی کنڈکٹرز کے برعکس، گرافین میں اندرونی الیکٹران بینڈ گیپ کی کمی ہے۔ یہ ایک توانائی کی رکاوٹ ہے جس پر بجلی چلانے کے لیے الیکٹرانوں کو عبور کرنا چاہیے۔ یہ بینڈ گیپ ہے جو سیمی کنڈکٹرز سے الیکٹرانک سوئچز (ٹرانزسٹر) بنانے کی اجازت دیتا ہے۔

"گرافین الیکٹرانکس میں ایک دیرینہ مسئلہ یہ ہے کہ گرافین کے پاس صحیح بینڈ گیپ نہیں تھا، اور وہ درست تناسب سے آن اور آف نہیں کر سکتا تھا،" شریک مصنف لی ما بتاتے ہیں، جنھوں نے اس کی مشترکہ بنیاد رکھی۔ تیانجن انٹرنیشنل سینٹر فار نینو پارٹیکلز اینڈ نینو سسٹم ڈی ہیر کے ساتھ "سالوں کے دوران، بہت سے لوگوں نے مختلف طریقوں سے اس کو حل کرنے کی کوشش کی ہے۔"

پچھلے مطالعات نے کوانٹم قید اور خالص گرافین کی کیمیائی ترمیم جیسی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے مناسب بینڈ گیپس کو انجینئر کرنے کی کوشش کی ہے۔ تاہم، اب تک، ان طریقوں کے نتیجے میں بہت کم کامیابی ہوئی ہے۔

ڈی ہیر بتاتے ہیں، "ہمیں یہ سیکھنا تھا کہ [گرافین] کا علاج کیسے کیا جائے، اسے بہتر سے بہتر کیسے بنایا جائے، اور آخر کار اس کی خصوصیات کی پیمائش کیسے کی جائے۔" "اس میں بہت، بہت لمبا وقت لگا۔"

بے ساختہ ترقی

اپنی تازہ ترین تحقیق میں، محققین نے پہلی بار دکھایا ہے کہ کس طرح بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر "ایپیگرافین" سلکان کاربائیڈ کرسٹل کی سطحوں پر بے ساختہ بڑھ سکتا ہے۔

پچھلی تحقیق میں یہ بات سامنے آئی تھی کہ زیادہ درجہ حرارت پر ان کرسٹل کی سطحوں سے سلکان سبلیمیٹ ہوجاتا ہے اور کاربن سے بھرپور تہوں کو پیچھے چھوڑتا ہے۔ یہ پرتیں ملٹی لیئرڈ ایپی گرافین میں دوبارہ تیار ہوتی ہیں، جس میں محدود سیمی کنڈکٹنگ خصوصیات ہوتی ہیں۔

اس تکنیک پر توسیع کرتے ہوئے، ڈی ہیر اور ما کی ٹیم نے اینیلنگ کا ایک نیا طریقہ تیار کیا ہے، جس میں انہوں نے نمونے کے درجہ حرارت اور ایپی گرافین کی تشکیل کی شرح کو احتیاط سے کنٹرول کیا۔ انہوں نے ایک مضبوط گرافین پرت بنائی جو میکروسکوپک، جوہری طور پر فلیٹ چھتوں میں بڑھتی ہے۔ مزید یہ کہ گرافین ایٹم سلکان کاربائیڈ سبسٹریٹ کی جالی کے ساتھ منسلک ہیں۔

مفید بینڈ گیپ

محتاط پیمائش کرکے، ٹیم نے ظاہر کیا کہ یہ تہہ ایک بہترین 2D سیمی کنڈکٹر ہے۔ اس میں کارآمد بینڈ گیپ ہے جس نے کئی دہائیوں سے محققین کو الیکٹران کی اعلی نقل و حرکت کے ساتھ دور رکھا ہے۔

گرافین ربن ٹوئسٹرونکس کو آگے بڑھاتے ہیں۔

"ہمارے پاس اب ایک انتہائی مضبوط گرافین سیمی کنڈکٹر ہے جس میں سلیکون کی نقل و حرکت 10 گنا زیادہ ہے، اور جس کی منفرد خصوصیات بھی ہیں جو سلیکون میں دستیاب نہیں ہیں،" ڈی ہیر نے حوصلہ افزائی کی۔ وہ سلیکون میں الیکٹران کی نقل و حرکت کا موازنہ بجری والی سڑک پر گاڑی چلانے سے کرتا ہے، جبکہ ایپی گرافین الیکٹران فری وے کی طرح ہے۔ "یہ زیادہ کارآمد ہے، یہ زیادہ گرم نہیں ہوتا، اور یہ تیز رفتاری کی اجازت دیتا ہے تاکہ الیکٹران تیزی سے حرکت کر سکیں،" ڈی ہیر بتاتے ہیں۔

اس کارکردگی کے سب سے اوپر، ٹیم نے یہ بھی دکھایا کہ ان کے ایپی گرافین کو اس کی الیکٹرانک اور مقناطیسی خصوصیات کو ٹھیک کرنے کے لیے ایٹموں اور مالیکیولز کی ایک وسیع رینج کے ساتھ ڈوپ کیا جا سکتا ہے۔ اس کی کارکردگی کو مزید بہتر بنانے کے لیے مواد کو نینو پیٹرن بھی کیا جا سکتا ہے - دوسرے سبسٹریٹس پر اگائے گئے گرافین کے ساتھ نینو پیٹرننگ کرنا بہت مشکل ہے۔

ڈی ہیر، ما اور ان کے ساتھیوں کو امید ہے کہ ان کی تکنیک سیمی کنڈکٹر مینوفیکچرنگ کے لیے مکمل طور پر نئے نقطہ نظر کی راہ ہموار کر سکتی ہے، اور بالآخر گرافین پر مبنی الیکٹرانکس کی نئی نسل کی جانب ایک اہم پہلا قدم ہو سکتا ہے۔

تحقیق میں بیان کیا گیا ہے۔ فطرت، قدرت.

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://physicsworld.com/a/graphene-based-semiconductor-has-a-useful-bandgap-and-high-electron-mobility/