Physiker entdecken wichtige neue Eigenschaft bei Halbleitern

Elektronen können sich noch schneller durch Graphen bewegen. Physiker der Universität von Maryland haben herausgefunden, dass Graphen die Mobilität eines Elektrons bei Zimmertemperatur deutlich weniger begrenzt als andere Materialien. Das bedeutet, dass Graphen – da sich die Elektronen durch dieses Material sehr schnell bewegen – ein sehr guter elektrischer Leiter ist.

25. März 2008 um 18:27 Uhr / Werner Pluta

Die Elektronenmobilität bestimmt, wie schnell sich die Elektronen in einem Material bewegen. Die Forscher um Michael S. Fuhrer vom Center for Nanophysics and Advanced Materials stellten fest, dass die Elektronenmobilität für Graphen bei Zimmertemperatur bei rund 200.000 cm2/(V·s) liegt. Graphen ist Graphit, das nur eine Atomlage dick ist.

Zum Vergleich: Die Elektronenmobilität für Silizium, das normalerweise als Halbleiter genutzt wird, liegt bei 1.400 cm2/(V·s). Als Stoff mit der größten Elektronenmobilität galt bislang Indiumantimonid mit 77.000 cm2/(V·s).

Derzeit, so schränkt Fuhrer ein, handelt es sich bei der Mobilität von 200.000 cm2/(V·s) jedoch noch um einen theoretischen Wert. Da Graphen nur eine Atomlage dick ist, muss es auf einen Trägerstoff aufgebracht werden. Das ist im Normalfall Siliziumdioxid. In diesem Stoff kommen minimale elektrische Ladungen vor, die die Elektronenmobilität in dem Graphen verringern. Realistisch sei deshalb derzeit ein Wert von 10.000 cm2/(V·s), so Fuhrer.

Fuhrer hofft, dass seine Forschungen dazu beitragen, bessere Träger für das Graphen zu finden, um so die störenden äußeren Einflüsse verringern zu können. Graphen gilt als möglicher Nachfolger für Silizium bei der Chip-Herstellung. Das Problem ist derzeit noch die Herstellung.

Die Elektronenmobilität wird von den temperaturabhängigen Schwingungen der Atome bestimmt: Je mehr ein Stoff erhitzt wird, desto stärker schwingen die Atome. Die Vibrationen verlangsamen die Bewegungen der Elektronen und erhöhen so den elektrischen Widerstand des Stoffes.

Grund für die hohe Elektronenmobilität ist der geringe spezifische Widerstand des Graphens. Nach den Erkenntnissen der Forscher ist der spezifische Widerstand des Materials um ein Drittel geringer als der von Kupfer. Kupfer gilt als einer der Stoffe mit dem geringsten spezifischen Widerstand bei Zimmertemperatur.