O grafeno tem atraído atenção considerável como um potencial substituto para semicondutores convencionais devido às suas propriedades eletrônicas únicas.
Vantagens do grafeno sobre os semicondutores convencionais: 1.
Alta mobilidade eletrônica: Os átomos de carbono do grafeno formam uma estrutura hexagonal, que permite que os elétrons se movam livremente com dispersão mínima. Isso resulta em mobilidade eletrônica extremamente alta, tornando o grafeno promissor para dispositivos eletrônicos de alta velocidade.
2.
Ajuste de Bandgap: Ao contrário dos semicondutores convencionais com bandgaps fixos, o bandgap do grafeno pode ser modulado pela aplicação de um campo elétrico ou dopagem química. Essa sintonia permite que o grafeno seja personalizado para diversas aplicações eletrônicas.
3.
Condutividade Transparente: O grafeno é um excelente condutor de eletricidade, ao mesmo tempo que é quase transparente. Esta propriedade o torna adequado para eletrônicos transparentes, como telas sensíveis ao toque e células solares.
4.
Flexibilidade: O grafeno é um material bidimensional que pode ser facilmente empilhado, dobrado ou enrolado em vários formatos. Esta flexibilidade abre novas possibilidades para dispositivos eletrônicos flexíveis.
5.
Espessura Atômica: A espessura de um único átomo do grafeno o torna um material ideal para dispositivos eletrônicos ultrafinos, onde os semicondutores convencionais enfrentam desafios na miniaturização.
Desafios e limitações do grafeno: 1.
Banda Gap do Semicondutor: Embora o bandgap do grafeno possa ser modulado, é um desafio alcançar um bandgap considerável necessário para transistores eficientes. Isso dificulta seu uso em aplicações lógicas digitais.
2.
Fixação de nível Fermi: O nível Fermi de grafeno, que determina suas propriedades elétricas, é sensível às condições ambientais e às impurezas. Isto torna difícil controlar e prever o comportamento elétrico de dispositivos baseados em grafeno.
3.
Baixa concentração de portadores: O grafeno não dopado possui baixa concentração de portadores, limitando seu desempenho em certas aplicações eletrônicas. Estratégias para aumentar a concentração de transportadores ainda estão sob investigação.
4.
Desafios de fabricação de dispositivos: A natureza atomicamente fina do grafeno apresenta desafios na fabricação de dispositivos, incluindo formação e padronização de contatos elétricos. Esses desafios precisam ser superados para a fabricação escalonável de eletrônicos baseados em grafeno.
5.
Produção em massa: Atualmente, a produção de grafeno de alta qualidade em larga escala é um desafio. Métodos econômicos e escalonáveis para a síntese de grafeno são necessários para adoção generalizada.
Embora o grafeno tenha vantagens significativas sobre os semicondutores convencionais, vários desafios precisam ser enfrentados antes que ele possa substituí-los totalmente. Espera-se que pesquisas e avanços contínuos na síntese de grafeno, fabricação de dispositivos e engenharia de bandgap aproximem o grafeno de aplicações práticas na indústria de semicondutores.
