1. Mobilità dei portatori migliorata:il grafene ha una mobilità dei portatori eccezionalmente elevata, il che significa che gli elettroni possono muoversi attraverso il materiale con pochissima resistenza. Quando il grafene viene messo in contatto con un semiconduttore, può agire come un canale conduttivo, migliorando le proprietà complessive di trasporto della carica del dispositivo a semiconduttore. Ciò può portare a velocità di commutazione più elevate e prestazioni migliori nei circuiti elettronici.
2. Bandgap sintonizzabile:a differenza dei semiconduttori convenzionali, il grafene ha un bandgap pari a zero, il che significa che le sue bande di conduzione e di valenza si sovrappongono. Tuttavia, quando il grafene viene combinato con un semiconduttore, il bandgap può essere modificato e controllato. Ciò consente la creazione di transistor a base di grafene con proprietà elettriche su misura, consentendo lo sviluppo di dispositivi elettronici versatili e ad alte prestazioni.
3. Formazione di eterogiunzione:l'interfaccia tra il grafene e un materiale semiconduttore forma un'eterogiunzione, dove si incontrano due materiali diversi con strutture elettroniche distinte. Questa eterogiunzione può mostrare proprietà elettriche e ottiche uniche, inclusa la formazione di pozzi quantici, tunneling risonante ed effetti di piegamento della banda. Queste proprietà possono essere sfruttate per progettare nuovi dispositivi elettronici, come transistor ad alta velocità, diodi emettitori di luce (LED) e celle solari.
4. Conduttività termica migliorata:il grafene ha una conduttività termica eccezionalmente elevata, che può migliorare significativamente le capacità di dissipazione del calore dei dispositivi a semiconduttore. Quando il grafene è integrato nelle strutture dei semiconduttori, può agire come un diffusore di calore, riducendo la temperatura operativa e migliorando l’affidabilità e le prestazioni del dispositivo.
5. Integrazione con dispositivi optoelettronici:le proprietà ottiche uniche del grafene, come l'elevata trasparenza e l'ampio intervallo spettrale, lo rendono adatto all'integrazione con dispositivi optoelettronici. Ad esempio, il grafene può essere utilizzato come elettrodi trasparenti nelle celle solari, migliorando l’assorbimento della luce e l’efficienza del dispositivo. Può anche essere impiegato in dispositivi a emissione di luce e fotorilevatori grazie alle sue eccellenti proprietà di trasporto di carica e di interazione luce-materia.
6. Applicazioni spintroniche:il grafene ha attirato l'attenzione nel campo della spintronica, che prevede il controllo e la manipolazione degli spin degli elettroni per l'archiviazione e l'elaborazione delle informazioni. Il lungo tempo di rilassamento dello spin e la debole interazione spin-orbita del grafene lo rendono un materiale promettente per dispositivi basati sullo spin. Quando il grafene è integrato con semiconduttori magnetici, consente l’esplorazione di nuovi fenomeni e funzionalità dipendenti dallo spin.
Nel complesso, la combinazione di grafene e semiconduttori offre numerose possibilità per migliorare le prestazioni e le funzionalità dei dispositivi elettronici e optoelettronici. Sfruttando le proprietà uniche del grafene, come l’elevata mobilità dei portatori, il bandgap regolabile e le eccellenti proprietà termiche e ottiche, ricercatori e ingegneri stanno esplorando concetti di dispositivi innovativi che ampliano i confini della tecnologia convenzionale dei semiconduttori.
