Vantaggi del grafene rispetto ai semiconduttori convenzionali:
1. Elevata mobilità elettronica: Gli atomi di carbonio del grafene formano una struttura reticolare esagonale, che consente agli elettroni di muoversi liberamente con una dispersione minima. Ciò si traduce in una mobilità elettronica estremamente elevata, rendendo il grafene promettente per dispositivi elettronici ad alta velocità.
2. Ottimizzazione del gap di banda: A differenza dei semiconduttori convenzionali con bandgap fissa, la bandgap del grafene può essere modulata applicando un campo elettrico o un drogaggio chimico. Questa possibilità di regolazione consente di personalizzare il grafene per varie applicazioni elettroniche.
3. Conduttività trasparente: Il grafene è un eccellente conduttore di elettricità pur essendo quasi trasparente. Questa proprietà lo rende adatto per componenti elettronici trasparenti, come touchscreen e celle solari.
4. Flessibilità: Il grafene è un materiale bidimensionale che può essere facilmente impilato, piegato o arrotolato in varie forme. Questa flessibilità apre nuove possibilità per dispositivi elettronici flessibili.
5. Spessore atomico: Lo spessore del singolo atomo del grafene lo rende un materiale ideale per dispositivi elettronici ultrasottili, dove i semiconduttori convenzionali affrontano sfide nella miniaturizzazione.
Sfide e limiti del grafene:
1. Banda proibita del semiconduttore: Sebbene il gap di banda del grafene possa essere modulato, è difficile ottenere un gap di banda considerevole necessario per transistor efficienti. Ciò ne ostacola l'uso nelle applicazioni di logica digitale.
2. Bloccaggio del livello Fermi: Il livello Fermi del grafene, che ne determina le proprietà elettriche, è sensibile alle condizioni ambientali e alle impurità. Ciò rende difficile controllare e prevedere il comportamento elettrico dei dispositivi basati sul grafene.
3. Concentrazione di portatori bassa: Il grafene non drogato ha una bassa concentrazione di portatori, che ne limita le prestazioni in alcune applicazioni elettroniche. Le strategie per aumentare la concentrazione dei portatori sono ancora in fase di studio.
4. Sfide di fabbricazione del dispositivo: La natura atomicamente sottile del grafene pone sfide nella fabbricazione dei dispositivi, inclusa la formazione e la modellazione dei contatti elettrici. Queste sfide devono essere superate per la produzione scalabile di elettronica basata sul grafene.
5. Produzione di massa: Attualmente, la produzione di grafene di alta qualità su larga scala rappresenta una sfida. Per un’adozione diffusa sono necessari metodi economici e scalabili per la sintesi del grafene.
Anche se il grafene presenta vantaggi significativi rispetto ai semiconduttori convenzionali, è necessario affrontare diverse sfide prima che possa sostituirli completamente. Si prevede che la ricerca e i progressi in corso nella sintesi del grafene, nella fabbricazione di dispositivi e nell’ingegneria del bandgap avvicineranno il grafene alle applicazioni pratiche nell’industria dei semiconduttori.
